Moline Vandens Virimo Entalpija: Medžiagos Sandara, Termochemija ir Kinetika
Šis straipsnis apžvelgia molio vandens virimo entalpijos reikšmę, remiantis medžiagos sandara, bendraisiais cheminių procesų dėsningumais, termochemija ir kinetika. Siekiama pateikti išsamią informaciją, pritaikytą įvairioms auditorijoms, nuo moksleivių iki specialistų.
Atomo Sandara ir Elektroninis Apvalkalas
Atomas - tai mažiausia cheminio elemento dalelė, išlaikanti jo savybes. Atomas susideda iš teigiamo krūvio branduolio ir aplink jį skriejančių neigiamo krūvio elektronų. Branduolys sudarytas iš protonų (teigiamą krūvį turinčių dalelių) ir neutronų (neutralių dalelių). Elektronų skaičius atome atitinka elemento atominį numerį periodinėje elementų sistemoje.
Aplink branduolį elektronai skrieja tam tikromis orbitomis, sudarydami elektroninį apvalkalą. N. Boras teigė, kad vandenilio atome elektronas gali skrieti aplink branduolį apskritomis orbitomis, kurių spinduliai proporcingi sveikų kvantinių skaičių kvadratams. Šios orbitos vadinamos stacionariosiomis arba kvantinėmis.
Kvantiniai Skaičiai
Kvantiniai skaičiai apibūdina elektrono būseną atome:
- Pagrindinis kvantinis skaičius (n) nurodo orbitalės dydį ir energijos lygmenį. Jo reikšmės yra bet kuris sveikas skaičius nuo 1 iki 7.
- Orbitinis (šalutinis) kvantinis skaičius (l) apibūdina orbitalės formą ir į kiek polygmenių suskirstytas orbitalės lygmuo. Reikšmės yra sveiki skaičiai nuo 0 iki n-1 (0-s; 1-p; 2-d; 3-f).
- Magnetinis kvantinis skaičius (ml) rodo orbitalės kryptį atomo erdvėje. Reikšmių yra 2l+1.
- Sukinio kvantinis skaičius (S) susijęs su savuoju impulso momentu ir paaiškina atominių spektrų linijų nevienalytiškumą. Yra dvi reikšmės: +1/2 ir -1/2.
Elektronai energijos polygmeniuose (p, d, f orbitalėse) išsidėsto pagal Hundo taisyklę: elektronai užpildo p, d, f orbitales taip, kad jose būtų kuo daugiau nesuporuotų elektronų.
Taip pat skaitykite: Pomidorų marinavimo receptai
Jonizacijos Energija ir Elektrinis Neigiamumas
Jonizacijos energija (I) - tai energija, reikalinga išplėšti elektroną iš atomo ir paversti jį teigiamu jonu. Ji matuojama kJ/mol arba eV/atomui. Elektrinis neigiamumas rodo, ar elemento atomas lengviau atiduoda, ar prisijungia elektronus. Didžiausias neigiamasis elektringumas yra halogenų, mažiausias - šarminių metalų.
Cheminės Jungtys
Cheminė jungtis yra elektrostatinės prigimties - priešingų elektros krūvių trauka. Tarp atomų susidaro joninės, kovalentinės ir metalinės jungtys, o tarp molekulių - vandervalsinės ir vandenilinės jungtys.
- Joninė jungtis susidaro tarp atomų, turinčių labai skirtingą elektrinį neigiamumą, kai vienas atomas atiduoda elektroną, o kitas - prisijungia.
- Kovalentinė jungtis susidaro, kai elektronai sudaro bendras elektronų poras. Jei jungiasi vienarūšiai atomai, jungtis yra nepolinė, o jei skirtingo elektroneigiamumo - polinė.
- Vandenilinė jungtis susidaro tarp vandenilio atomo, susijungusio su elektroneigiamu atomu (F, O, N), ir kito tos pačios rūšies elemento atomo iš kitos molekulės.
- Donorinė-akceptorinė jungtis - tai atskiras kovalentinės jungties atvejis, kai vienas atomas turi laisvą elektronų porą, o kitas - tuščią orbitalę.
Termochemija: Energijos Pokyčiai Cheminėse Reakcijose
Cheminė termodinamika nagrinėja energijos kitimus cheminėse reakcijose. Pagrindinis termodinamikos dėsnis teigia, kad energija nesigamina ir neišnyksta, o tik transformuojasi. Termochemija nagrinėja šiluminės energijos pokyčius cheminėse reakcijose.
Sistemos pilnutinė energija, arba entalpija (H), apima vidinę ir išorinę energiją. Reakcijos, kurių metu šiluma išsiskiria, vadinamos egzoterminėmis, o kurioms vykstant šiluma sunaudojama - endoterminėmis. Cheminių reakcijų lygtys, kuriose nurodoma reakcijos šiluma, vadinamos termocheminėmis lygtimis.
Junginio susidarymo šiluma yra šilumos kiekis, išsiskiriantis ar sunaudojamas, susidarant iš vieninių medžiagų vienam to junginio moliui. Vieninių medžiagų susidarymo šiluma lygi nuliui.
Taip pat skaitykite: Ką reiškia sapnuoti skraidymą virš vandens?
Heso dėsnis: Reakcijos šiluma priklauso tik nuo reaguojančių medžiagų ir reakcijos produktų rūšies ir būvio ir nepriklauso nuo reakcijos produktų susidarymo būdo.
Entropija ir Gibso Energija
Sistemos vidinė energija susideda iš laisvosios (naudingu darbu paverčiamos) ir nelaisvosios (pastovioje temperatūroje naudingu darbu nepaverčiamos) energijos. Nelaisvosios energijos matu laikoma entropija (S). Entropija didėja medžiagas kaitinant, medžiagoms pereinant iš kieto į skystą, iš skysto į dujinį agregatinį būvį bei medžiagą tirpinant.
Gibso energija (G) - tai izobarinis-izoterminis potencialas, dažnai vartojamas cheminėje termodinamikoje, nes cheminiai procesai dažniausiai vyksta pastoviame slėgyje.
Lygtis G=H-TS yra pagrindinė cheminės termodinamikos lygtis. Iš laisvosios energijos pokyčio sprendžiama, ar procesas savaiminis, ar ne. Jei G<0, procesas vyksta savaime, jei G>0, procesas savaime nevyksta.
Cheminė Kinetika: Reakcijų Greitis ir Mechanizmas
Cheminė kinetika tyrinėja cheminių reakcijų greitį ir jų eigos mechanizmą. Reakcijos greitis apibūdinamas reaguojančių medžiagų koncentracijų pokyčiu per laiko vienetą (mol/ls).
Taip pat skaitykite: Ar duona ir vanduo yra sveika?
Reakcijos greitis priklauso nuo reaguojančių medžiagų cheminės prigimties, koncentracijos, temperatūros, katalizatorių ir inhibitorių. Kuo didesnė medžiagų koncentracija, tuo daugiau molekulių tūrio vienete, tuo dažniau jos susiduria, todėl reakcijos vyksta greičiau.
Veikiančiųjų masių dėsnis: cheminės reakcijos greitis, esant pastoviai temperatūrai, tiesiai proporcingas reaguojančių medžiagų koncentracijų sandaugai.
mA+nBpC, v=k[A]m[B]n, čia [A],[B] - reaguojančių medžiagų koncentracijos mol/l; k - cheminės reakcijos greičio konstanta; m ir n - stechiometriniai koeficientai.
Heterogeninės reakcijos vyksta dviejų fazių paviršiuje, todėl, padidinus paviršių, padidėja ir reakcijos greitis.
Vant-Hofo taisyklė: pakėlus temperatūrą 10 laipsnių reakcijos greitis padidėja 2-4 kartus.
Energija, kurią reikia suteikti 1 moliui medžiagos, kad visos molekulės taptų aktyviomis reakcijoje, vadinama aktyvacijos energija.
Katalizatoriai veikia reakcijos greitį, dažniausiai jį padidindami. Dalyvaudami cheminėse reakcijose, katalizatoriai lieka chemiškai nepakitę ir nepasikeičia jų kiekis.
Cheminė Pusiausvyra
Grįžtamosios reakcijos vyksta dviem priešingomis kryptimis (mA+nBpC+qD). Cheminio proceso būklė, kai tiesioginės ir atgalinės reakcijų greičiai lygūs, vadinama chemine pusiausvyra.
K = ([C]p[D]q) / ([A]m[B]n) vadinama reakcijos pusiausvyros konstanta.
Le Šatelje principas: Keičiantis išorės sąlygoms (koncentracijai, temperatūrai arba slėgiui), cheminė pusiausvyra pasislenka į tos reakcijos pusę, kuri priešinasi sąlygų pokyčiui.
Homogeninė ir Heterogeninė Katalizė
Kai reaguojančios medžiagos ir katalizatoriaus fazės yra vienodos, katalizė vadinama homogenine, o kai skirtingos - heterogenine. Homogeninėje aplinkoje katalizatorius veikia proporcingai jo koncentracijai. Heterogeninėje katalizėje svarbiausia yra adsorbcija - medžiagų sugėrimas katalizatoriaus paviršiuje.
Termodinamikos Pagrindai
Termodinamika - tai mokslas apie energiją, jos savybes ir transformacijas įvairiuose fizikiniuose ir cheminiuose procesuose, kuriems vykstant išsiskiria arba sunaudojama šiluma.
Termodinaminė sistema - tai kūnai, iš kurių darbo kūnai gauna šilumą, darbo kūnas ir darbo objektas. Visi kūnai, neįeinantys į šią sistemą, vadinami aplinka.
Dujų savybės apibūdinamos terminiais (specifinis tūris (v), slėgis (p), absoliutinė temperatūra (T)) ir koloriniais (energija (u), entalpija (h), entropija (s)) parametrais.
Termodinaminiai Procesai
Procesai - tai bet koks dujų termodinaminių parametrų kitimas. Procesai būna grįžtamieji ir negrįžtamieji. Grįžtamasis procesas gali būti tik pusiausvyrasis, neturi būti trinties ir šilumos mainų.
Termodinaminė būklė - tai dujų termodinaminių parametrų visuma.
Tarp darbo kūno parametrų egzistuoja funkcinis ryšys, aprašomas dujų būklės lygtimi (pv=RT).
Dujų Mišiniai
Dujų mišinių sudedamosios dalys vadinamos komponentais, tenkinančiais idealiųjų dujų dėsnius ir tarpusavyje nereaguojančius. Mišinio sudėtis apibūdinama masės, tūrio ir molio dalimis.
Viso mišinio slėgis lygus atskirų komponentų dalinių slėgių sumai (Daltono dėsnis).
Šiluma ir Darbas
Pirmasis termodinamikos dėsnis (energijos tvermės dėsnis) sako, kad baigtinės izoliuotos sistemos bendrasis energijos kiekis bet kuriuose sistemoje vykstančiuose procesuose išlieka pastovus. Energija nesukuriama ir neišnyksta.
Energija gali būti perduodama šilumos mainais (dėl skirtingos temperatūros) arba darbo forma (susijusi su kūno ar jo dalelių judėjimu).
Darbas, kurį kūnas atlieka plėsdamasis, laikomas teigiamu, o darbas, kurį kūnas atlieka pasipriešinimo arba suspaudimo darbą, pirmojo kūno atžvilgiu, laikomas neigiamu.
Specifinė Šiluma
Specifinė šiluma - tai šilumos kiekio santykis su temperatūros pokyčiu. Pagal pasirinktą dujų kiekio vienetą specifinė šiluma skirstoma į masinę (C), tūrinę (C’) ir molių (μC).
Dujų specifinė šiluma priklauso nuo T ir nuo p. Priklausomybė nuo p maža, ir jos nepaisoma, o kylant temperatūrai, specifinė šiluma didėja.
Izobarinė specifinė šiluma (Cp) gaunama arba atiduodama esant pastoviam slėgiui, o izochorinė (Cv) - esant pastoviam tūriui.
Majerio formulė: Cp=Cv+R.
k= Cp/Cv vadinamas adiabatės eksponente.
Dujų mišinių specifinė šiluma naudojama visiems komponentams pašildyti.
Vidinė Energija ir Entalpija
Kūno vidinę energiją sudaro vidinė kinetinė ir vidinė potencinė energijos. Idealiųjų dujų vidinė energija priklauso tik nuo temperatūros.
Entalpija (h) yra sudėtinga funkcija, kalorinis kūno parametras: h=U+pV.
Pirmasis Termodinamikos Dėsnis (PTD) Analitinė Išraiška
dq=dU+dl; q1-2=U2-U1+l; dq=dU+pdV; q1-2=U2-U1+∫p dV.
Entropija ir T-s Diagrama
Entropija yra vienareikšmė kūno būsenos funkcija, kiekvieną kūno būseną atitinka tam tikra apibrėžta jos rekšmė, ir yra dujų būsenos kalorinis parametras.
ds=dq/T. Entropijos pokytis ΔS=S2-S1=∫dq/T.
T-s koordinačių sistemoje plotas, apribotas proceso kreive, kraštinėmis ordinatėmis ir abscisių ašimi, vaizduoja gautąją šilumą.
Idealiųjų Dujų Termodinaminiai Procesai
Pagrindiniai termodinaminiai procesai yra: izoterminis, izobarinis, izochorinis, adiobatinis, politropinis.
Ciklai ir Karno Ciklas
Uždaras procesas su stacionaria cirkuliacija vadinamas ciklu.
tags: #moline #vandens #virimo #entalpija #reikšmė