fr_12_sem1_eu

Liceul Teoretic GRIGORE ANTIPA BOTOANI Clasa a XII a FR Semestrul I

Page 1 of 8

REACTII EXOTERME. REACTII ENDOTERME

EFECTE TERMICE IN REACTII CHIMICE

Reactiile chimice sunt totdeauna insotite de schimbari de temperatura,numite efecte

termice.

Termochimia studiaza efectele termice asociate reactiilor chimice,prin aplicarea

principiului I al termodinamicii.

Reactiile chimice pot fi:

exoterme;

endoterme.

Termenii endoterm si exoterm sunt asociati unui sistem termodinamic si unui sens al

transportului de caldura.

Sistemul termodinamic este sistemul chimic format din vasul de reactie si continutul

lui. Tot ceea ce este in afara vasului reprezinta mediul.

Intr-o reactie chimica exoterma sistemul cedeaza caldura mediului.

aA + bB cC + dD + Q ; Q=caldura de reactie

reactanti produsi de reactie

Intr-o reactie chimica endoterma sistemul absoarbe caldura din mediu.

aA + bB + Q cC + dD

Caldura de reactie este cantitatea de caldura absorbita sau degajata in reactiile

chimice.

Unitatea de masura pentru caldura de reactie,in sistemul international de unitati, este

joulul, J. Unitatea de masura tolerata este caloria,cal. 1 cal =4,184 J

Determinarea caldurii de reactie se realizeaza in conditii standard: T=298 K,p=1 atm.

Ecuatia reactiei chimice care contine termenul Q se numeste ecuatie termochimica.

Caldura de reactie depinde de starea de agregare a substantelor participante la

reactie si in ecuatia termochimica se indica starile de agregare:

s-solid

l-lichid

g-gaz

aq-solutie

Initial s-a studiat caldura degajata la arderea combustibililor.


Page 2 of 8

Caldura de combustie este efectul termic asociat unei reactii de ardere completa a

unui mol de substanta la presiune de 1 atm si temperatura data.

Caldura de combustie este tabelata si exprimata in kcal/mol.

Puterea calorica a unui combustibil este cantitatea de caldura degajata la arderea

completa a unei mase de 1 kg, pentru combustibilii solizi si lichizi,sau a unui volum de 1

m3(c.n.) pentru combustibilii gazosi.

ENTALPIA DE REACTIE

Entalpia de reactie, H, reprezinta caldura de reactie determinata la presiune

constanta.

Entalpia (H) este o forma a energiei stocate in sistem. Nu se poate masura acest stoc.

Se masoara o variatie a cantitatii de energie a sistemului prin caldura schimbata cu mediul,

la presiune constanta, H.

Variatia de entalpie, H, intr-o reactie chimica este egala cu diferenta dintre suma

entalpiilor produsilor de reactie si suma entalpiilor reactantilor:

Pentru reactia : Reactanti Produsi de reactie avem

H = nprodusi*Hprodusi nreactanti*Hreactanti

Pentru reactia exoterma Q > 0, inseamna ca energia reactantilor > energia produsilor

de reactie, H < 0. Reprezentand grafic aceasta afirmatie:

Pentru reactia endoterma Q < 0, inseamna ca energia reactantilor < energia

produsilor de reactie, H > 0. Reprezentand grafic aceasta afirmatie:

Conventia de semn pentru variatia de entalpie si caldura de reactie este Q = H.

Daca scriem reactia generala:

aA + bB cC + dD ,unde a,b,c,d reprezinta numarul de moli de substanta A,B,C,D


Page 3 of 8

H = ( c*Hf0C + d*Hf0D ) ( a*Hf0A + b*Hf0B ) , Hf0 =entalpia de formare standard

Entalpia de formare standard este caldura degajata sau absorbita, in reactia de

sinteza a unui mol de substanta din elemente componente, in conditii standard (250C,1atm).

Se gaseste tabelata si poate fi pozitiva sau negativa. Unitatea de masura este kJ/mol

sau kcal/mol.

Prin conventie Hf0 pentru substantele simple este zero.

Pe baza valorilor lui Hf0 se poate aprecia stabilitatea substantelor in conditii standard,

se pot calcula alte marimi termodinamice si scrie ecuatii termochimice.

Cu cat Hf0 este mai mica cu atat specia chimica este mai stabile.

Pe baza valorilor efectelor termice ale reactiilor chimice se poate prevedea sensul in

care un sistem evolueaza spontan (fara interventie din exterior) de la starea initiala la starea

finala.

Daca reactia este exoterma ea decurge spontan pe cand cea endoterma nu este

spontana.

LEGEA LUI HESS

In anul 1840 Hermann Hess a enuntat legea termochimiei, care este o aplicatie a legii

generale de conservare a energiei:

Intr-o reactie chimica, valoarea efectului termic depinde de starea initiala a

reactivilor si de cea finala a produsilor si nu depinde de etapele intermediare.

Aceasta lege permite folosirea ecuatiilor termochimice, asa cum se folosesc ecuatiile

algebrice.

Exemplu:

(ec 1) C(s) + 1/2O2(g) CO(g) + 26,40kcal H1= 26,40kcal

(ec 2) CO(g) + 1/2O2(g) CO2(g) + 67,60kcal H2= 67,60kcal

ec. finala

C(s) + O2(g) CO2(g) + 94kcal H= 94kcal

Se observa ca ec. finala se obtine prin adunarea (ec. 1) cu (ec.2)

Astfel variatia entalpiei reactiei directe de obtinere a dioxidului de carbon este

egala cu suma variatiei entalpiei pentru reactiile partiale.

H = H1 + H2 ;

94kcal =( 26,40kcal) + (67,60kcal)

Legea prezinta importanta pentru :


Page 4 of 8

Calcularea variatiei de entalpie pentru reactiile care nu pot fi controlate

deoarece se desfasoara fie cu viteza foarte mare sau compusii rezultati sunt instabili.

Calcularea entalpiei standard de formare a unui compus cunoscand entalpia de

reactie si entalpia standard de formare pentru ceilalti compusi.

Aplicatie:

1. Entalpia de formare a metanului din elemente nu poate fi determinata

experimental.Reactia de formare a metanului este:

(4) C(s) + 2H2(g) CH4(g) Hf0CH4 =?kcal/mol

Se folosesc urmatoarele ecuatii termochimice:

(1) CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(l) H1 = 212,8kcal

(2) C(s) + O2(g) CO2(g) H2 = 94,05kcal

(3) H2(g) + 1/2O2(g) H2O(l) H3 = 68,32kcal

Rezolvare:

(4) = (2) + 2*(3) (1.)

H4 = (Hf0CH4(g)) (Hf0C(s) + 2* Hf0H2(g)) ; H4 = Hf0CH4(g)

0 0

H4 = H2 + 2* H3 H1

H4 = [94,05 + 2*(68,32) (212,8)] = 17,89kcal/mol

Hf0CH4(g) = 17,89kcal/mol

REACTII LENTE. REACTII RAPIDE

Pe baza efectelor termice se poate stabili daca o reactie chimica are loc spontan in

sensul Reactivi Produsi de reactie, dar nu poti sa prevezi si timpul in care reactia are

loc. Datele experimentale arata ca exista reactii care au loc foarte rapid, altele mai lent si

unele nu au loc in conditii normale.

Este deci important sa se cunoasca si viteza cu care se produc reactiile chimice, fie

pentru a accelera reactiile chimice in care se obtin produsi utili, dar lent, fie pentru

incetinirea sau chiar stoparea reactiilor nedorite.

Cinetica chimica are ca obiect de studiu viteza rectiilor chimice.


Page 5 of 8

a. Atunci cand in urma amestecarii a doi reactivi produsul de reactie se formeaza

imediat, reactia chimica este rapida (instantanee).

Reactiile chimice intre compusii ionici au loc instantaneu. Sunt reactii rapide.

Pb(NO3)2(aq) + 2KI(aq) PbI2(s) + 2KNO3(aq)

azotat iodura iodura azotat

de plumb de potasiu de plumb de potasiu

solutii incolore precipitat solutie incolora

galben

BaCl2(aq) + H2SO4(aq) BaSO4(s) + 2HCl(aq)

clorura acid sulfat acid

de bariu sulfuric de bariu clorhidric

NaCl(aq) + AgNO3(aq) AgCl(s) + NaNO3(aq)

clorura azotat clorura azotat

de sodiu de argint de argint de sodiu

b. Atunci cand in urma amestecarii a doi reactivi aparitia produsului de reactie are loc

dupa un anumit timp, masurabil, reactia chimica este cu viteza moderata.

Exemplu :

Zn(s) + 2HCl(aq) ZnCl2(aq) + H2(g)

zinc acid clorura hidrogen

clorhidric de zinc

Reactia are loc in timp pana la consumarea totala a zincului

c. In viata de toate zilele se intalnesc multe reactii care au loc in cateva ore sau zile.

Acestea sunt reactii lente.

Exemple de reactii lente:

Ruginirea fierului;

Fermentatia alcoolica: C6H12O6 2CO2 + 2C2H5OH

glucoza dioxid alcool etilic

de carbon

In cinetica, viteza de reactie se exprima in raport cu o marime care variaza odata cu

desfasurarea reactiei si anume concentratia reactantilor sau a produsilor de reactie. Pe

masura ce reactia se desfasoara, reactantii se consuma si concentratia lor scade. In acelasi

timp, se formeaza produsii de reactie a caror concentratie creste.


Page 6 of 8

Viteza medie de reactie pe un interval de timp este definita de relatia v=(c/t) si

reprezinta variatia concentratiei unui reactant sau a unui produs de reactie in unitatea de

timp

In definirea vitezei de reactie se utilizeaza concentratia molara, iar unitatea de

masura pentru viteza de reactie este:

[v]=(mol/L)/s=mol/(L*s)

Viteza medie de reactie poate fi exprimata in functie de concentratia reactantului(vr)

sau in functie de concentratia produsului de reactie(vp)

vr=cr/t < 0

vr < 0 pentru ca cr1>cr2

(concentratia reactantului scade in timp)

vp=cp/t > 0

vp>0 pentru ca cp1


Page 7 of 8

dependenta vitezei de reactie de concentratia reactantilor se exprima matematic prin

relatia v=k [A]nA * [B] nB numita legea vitezei de reactie,unde:

v=viteza de reactie

k=factor de proportionalitate, numit constanta de viteza

[A],[B]=concentratiile molare ale reactantilor A si B

nA,nB=ordine partiale de reactie in raport cu A si respectiv cu B

Ordinul de reactie in raport cu un reactant arata in ce maniera variaza viteza de

reactie cu variatia concentratiei acelui reactant.

De exemplu, daca nA=1, viteza de reactie variaza direct proportional cu concentratia

reactantului A(v=k[A]), adica de cate ori creste concentratia reactantului A, de atatea ori

creste si viteza de reactie.

Ordinul total de reactie, notat cu n, se obtine prin insumarea ordinelor partiale de

reactie nA+nB=n. Ordinul de reactie nu este intodeauna un numar intreg. Multe reactii in faza

gazoasa au ordin de reactie fractionar.

Daca fiecare ordin partial de reactie este egal cu coeficientul stoechiometric

corespunzator (nA=a,nB=b) reactia este simpla si decurge conform ecuatiei reactiei. Pentru

realizarea transformarii trebuie sa se intalneasca in momentul ciocnirii a molecule din

reactantul A si b molecule din reactantul B.

Daca ordinele partiale de reactie nu sunt egale cu coeficientii stoechiometrici, reactia

este complexa si decurge printr-un alt mecanism, cu mai multe etape, decat cel indicat de

ecuatia reactiei.

CATALIZATORI. INHIBITORI

Catalizatorii sunt substante care participa la reactie marind viteza de reactie, dar se

regasesc calitativ si cantitativ alaturi de produsii de reactie.

Catalizatorul mareste viteza de reactiilor termodinamic posibile; reactia chimica are

loc si in absenta catalizatorului, dar cu viteza foarte mica.

Reactanti catalizator Produsi

In concluzie: Catalizatorii sunt substante care:

Maresc viteza reactiilor chimice posibile;

Se regasesc cantitativ la sfarsitul reactiei;

Nu influenteaza valoarea caldurii de reactie;

Nu deplaseaza echilibrul chimic;


Page 8 of 8

Promotorii sunt substante care maresc activitatea catalitica a catalizatorilor, dar nu

modifica viteza de reactie in absenta acestora.

Otravurile sunt substante care anuleaza activitatea catalitica a catalizatorilor.

Inhibitorii micsoreaza viteza reactiilor chimice, actionand asupra reactantilor si nu

asupra catalizatorilor.

fr_12_sem1_eu

Documents