مهندسی شيمی و نفت 2

واضح آرشیو وب فارسی:سایت دانلود رایگان: ترموشیمی

دید کلی
انجام یک واکنش شیمیایی با تغییر انرژی همراه می‌باشد. واکنشی که هنگام سوختن گاز طبیعی و هوا صورت می‌گیرد، گرمای لازم برای پختن غذا روی اجاق گاز یا جوشیدن آب را فراهم می‌کند. در مقابل تشکیل گلوکز در فرایند فتوسنتز نیاز به جذب انرژی نورانی خورشید دارد. اکثر واکنشهای شیمیایی گرما تولید می‌کنند. در واکنشهای گرماده ، گرما از مخلوط واکنش به محیط اطراف جریان می‌یابد و اثر این جریان ، افزایش دمای محیط می‌باشد.
واکنشهایی که از محیط اطراف گرما جذب می‌کنند (گرماگیر) زیاد معمول نیستند. در این موارد می‌توان به ذوب شدن یخ اشاره کرد که در این واکنشها جهت جریان گرما ، از اطراف به مخلوط واکنش است. وقتی تکه یخی در لیوان آب داغی ذوب می‌شود، دمای آب را پایین می‌آورد.

واکنشهای شیمیایی از لحاظ ترموشیمی
مقدار گرمای تولید شده یا جذب شده ، در یک واکنش شیمیایی یا یک تغییر فاز را می‌توان با اندازه گیری دما در یک فرایند آدیاباتیک اندازه گیری کرد. از آنجا که اندازه‌گیری تغییرات بسیار کوچک دما امکان پذیر است، روش مطالعه ترمودینامیک واکنشهای شیمیایی و تغییرات فاز با اندازه گیری دما بسیار حساس است.
اگر انجام گرفتن واکنشی در یک سیستم ایزوله با افزایش دما همراه باشد، برای باز گردانیدن آن سیستم به دمای آغازین بایستی اجازه دهیم تا گرما به محیط اطراف منتقل گردد. چنین واکنشی را گرمازا می‌نامیم و گرما ( q ) برای آن منفی می‌باشد. اگر انجام گرفتن یک واکنش در سیتمی ایزوله با کاهش دما همراه باشد، باز گرداندن سیستم به دمای آغازین مستلزم وارد شدن گرما به سیستم است. این واکنشها گرماگیر نام دارند و گرما برای آنها مقدار مثبتی است.

رابطه تولید یا جذب گرما با واکنش شیمیایی
بطور کلی تغییر انرژی مشاهده شده در یک واکنش ناشی از اختلاف بین انرژی محصولات و مواد اولیه می‌باشد. اگر انرژی محصولات واکنش بیش از مواد اولیه باشد، برای انجام واکنش باید به سیستم انرژی دهیم. برعکس اگر انرژی محصولات واکنش کمتر از مواد اولیه باشد، مقداری انرژی به صورت گرما در اثر واکنش آزاد خواهدشد. اکثر واکنشهای انجام شده در آزمایشگاههای شیمی در فشار ثابت انجام می‌شوند ( فشار atm). جریان گرمای این واکنشها به محتوای گرمایی یا آنتالپی آنها بستگی دارد.
جریان گرمایی تمام واکنشهایی که مستقیما در فشار ثابت انجام می‌شوند دقیقا با اختلاف بین آنتالپی محصولات و مواد اولیه آنها برابر است.
واکنش H∆ = مواد اولیه H - محصولات Qp = H

که در این رابطه Qp جریان گرمایی واکنش در فشار ثابت و H محتوای گرمایی یا آنتالپی می‌باشد. البته برای درک رابطه بین تولید یا جذب گرما با واکنش شیمیایی ، از قانون اول ترمودینامیک استفاده می‌شود و دانستن نوع تغییر شیمیایی و اندازه آن ضروری می‌باشد.

H∆ در واکنشهای گرماده و گرماگیر
در واکنشهای گرماده آنتالپی همیشه کاهش می‌یابد (0>H∆). یعنی سیستم واکنش با از دست دادن این آنتالپی ، منبعی برای پخش گرما به محیط اطراف فراهم می‌سازد. برعکس یک واکنش گرماگیر با افزایش آنتالپی همراه می‌باشد (یعنی H∆بزرگتر از صفر است). در حقیقت گرمایی که سیستم جذب می‌کند، آنتالپی را بالا می‌برد.

حالتهای استاندارد در ترموشیمی
برای مشخص کردن حالت مواد واکنش دهنده و فراورده‌ها معمولا واکنشهایی مد نظر هستند که در آنها مواد واکنش دهنده از حالت استاندارد خود به فراورده‌هایی تبدیل می‌شوند که آنها هم در حالت استاندارد هستند. وقتی که اجسام در حالت استاندارد باشند، کمیات ترمودینامیکی را با بالاوند صفر نمایش می‌‌دهند. حالتهای استاندارد در ترمودینامیک شیمیایی به صورت زیر تعریف می شوند.
-حالت استاندارد یک جسم گازی خالص در دمای معین ، همان گاز ایده آل در فشار bar 1 است.
-حالت استاندارد یک مایع خالص در دمای معین ، مایع خالص در فشار bar 1 است.
-حالت استاندارد یک جسم بلوری خالص در دمای معین ، جسم بلوری خالص ، درفشار bar 1 می‌باشد.
-حالت استاندارد یک ماده محلول ، حالتی فرضی از آن ماده در محلول ایده آل ، مولالیته حالت استاندارد ( 1mol kg-1 ) درفشار bar 1 در هر دما می‌باشد.

قوانین ترموشیمی
"لاووازیه" و "لاپلاس" در سال 1870 نشان دادند که گرمای جذب شده در تجزیه یک جسم باید با گرمای آزاد شده در تشکیل آن در همان شرایط ، یکسان باشد. به این ترتیب اگر واکنشی را به صورت معکوس بنویسیم، علامت H∆__ تغییر خواهد کرد.
در سال 1840 "هس" نشان داد که گرمای کلی یک واکنش شیمیایی در فشار ثابت ، بدون در نظر گرفتن حالتهای واسطه واکنش ، مقداری معین می‌باشد. این نکته ، بازتاب این واقعیت تجربی است که آنتالپی ، یک تابع حالت است و به مسیر طی نشده یا تعداد مراحل در مسیر ارتباطی ندارد و اگر واکنشی ، مجموعی از دو یا چند واکنش دیگر باشد، H∆ کل ، مجموع تغییرات آنتالپی واکنشهای دیگر است (قانون هس).
-چون آنتالپی مستقیما با جرم متناسب است، H∆ نیز با مقدار ماده‌ای که ترکیب می‌شود یا در واکنشی تولید می‌شود، متناسب است.
-از طریق قانون هس می‌توان جریان گرمای واکنشی را که محاسبه آن مستقیما از یک مرحله مشکل یا غیر ممکن است تعیین نمود.

گرمای تشکیل
از آنجا که آنتالپیهای مطلق ناشناخته‌اند، به جای آنها از آنتالپی نسبت به یک حالت مرجع استفاده می‌شود که این حالت مرجع گرمای تشکیل یا آنتالپی تشکیل می‌باشد. آنتالپی مولی تشکیل یک ترکیب ( Hf∆ ) برابر است با تغییر H∆ آن در هنگام تشکیل یک مول از این ترکیب ، از عناصرش در حالت پایدار در دمای 25 درجه و فشار atm 1.
آنتالپی تشکیل یک عنصر در حالت استاندارد خود ، درهر دمایی صفر است. می‌توان H∆ هر واکنش را با گرمای تشکیل ترکیبات شرکت کننده ارتباط داد. H∆ هر واکنش برابراست با اختلاف مجموع گرماهای تشکیل محصولات و مجموع گرماهای تشکیل مواد اولیه. آنتالپی‌های تشکیل مواد را می‌توان از روشهای زیر بدست آورد.
-روش گرما سنجی برای واکنشهای ذوب ، تصعید ، تبخیر ، انتقال و … .
-تغییر ثابتهای تعادل در اثر تغییر دما.
-اندازه گیری انرژیهای تفکیک با روش طیف‌بینی.
-محاسبه از طریق انرژیها و آنتروپی‌های گیبس
در کتابهای مرجع آنتالپی‌های تشکیل برای ترکیبات مختلف در دماهای گوناگون در جدولهای مختلفی در دسترس هستند

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: سایت دانلود رایگان]

[مشاهده در: www.freedownload.ir]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 371]