Parlons de ce qu'est la chaleur de formation et définissons également les conditions appelées standard. Afin de comprendre cette problématique, nous allons découvrir les différences entre substances simples et complexes. Pour consolider le concept de "chaleur de formation", considérez des équations chimiques spécifiques.
Enthalpie standard de formation de substances
Dans la réaction d'interaction du carbone avec l'hydrogène gazeux, 76 kJ d'énergie sont libérés. Dans ce cas, ce chiffre est l'effet thermique d'une réaction chimique. Mais c'est aussi la chaleur de formation d'une molécule de méthane à partir de substances simples. "Pourquoi?" - tu demandes. Cela est dû au fait que les composants initiaux étaient le carbone et l'hydrogène. 76 kJ/mol sera l'énergie que les chimistes appellent la "chaleur de formation".
Tableaux de données
En thermochimie, il existe de nombreux tableaux qui indiquent les chaleurs de formation de divers produits chimiques à partir de substances simples. Par exemple, la chaleur de formation d'une substance dont la formule est CO2, à l'état gazeuxa un indice de 393,5 kJ/mol.
Valeur pratique
Pourquoi avons-nous besoin de ces valeurs ? La chaleur de formation est une valeur utilisée lors du calcul de l'effet thermique de tout processus chimique. Pour effectuer de tels calculs, l'application de la loi de la thermochimie sera nécessaire.
Thermochimie
Il est la loi fondamentale qui explique les processus énergétiques observés dans le processus d'une réaction chimique. Au cours de l'interaction, des transformations qualitatives sont observées dans le système réactif. Certaines substances disparaissent, de nouveaux composants apparaissent à la place. Un tel processus s'accompagne d'une modification du système énergétique interne, qui se manifeste sous forme de travail ou de chaleur. Le travail associé à l'expansion a un indicateur minimum pour les transformations chimiques. La chaleur dégagée lors de la transformation d'un composant en une autre substance peut être importante.
Si nous considérons une variété de transformations, pour presque toutes il y a une absorption ou un dégagement d'une certaine quantité de chaleur. Pour expliquer les phénomènes qui se produisent, une section spéciale a été créée - la thermochimie.
Loi de Hess
Grâce à la première loi de la thermodynamique, il est devenu possible de calculer l'effet thermique en fonction des conditions d'une réaction chimique. Les calculs sont basés sur la loi fondamentale de la thermochimie, à savoir la loi de Hess. Nous donnons sa formulation: l'effet thermique d'une transformation chimiqueassociée à la nature, à l'état initial et final de la matière, elle n'est pas associée à la manière dont l'interaction s'effectue.
Qu'est-ce qui ressort de cette formulation ? Dans le cas de l'obtention d'un certain produit, il n'est pas nécessaire d'utiliser une seule option d'interaction, il est possible de réaliser la réaction de différentes manières. Dans tous les cas, quelle que soit la manière dont vous obtenez la substance souhaitée, l'effet thermique du processus sera de la même valeur. Pour le déterminer, il est nécessaire de faire la somme des effets thermiques de toutes les transformations intermédiaires. Grâce à la loi de Hess, il est devenu possible d'effectuer des calculs d'indicateurs numériques d'effets thermiques, ce qui est impossible à réaliser dans un calorimètre. Par exemple, quantitativement, la chaleur de formation de la substance monoxyde de carbone est calculée selon la loi de Hess, mais vous ne pourrez pas la déterminer par des expériences ordinaires. C'est pourquoi les tableaux thermochimiques spéciaux sont si importants, dans lesquels des valeurs numériques sont saisies pour diverses substances, déterminées dans des conditions standard
Points importants dans les calculs
Étant donné que la chaleur de formation est l'effet thermique de la réaction, l'état d'agrégation de la substance en question revêt une importance particulière. Par exemple, lors des mesures, il est d'usage de considérer le graphite, plutôt que le diamant, comme l'état standard du carbone. La pression et la température sont également prises en compte, c'est-à-dire les conditions dans lesquelles se trouvaient initialement les composants réactifs. Ces grandeurs physiques peuvent avoir un effet significatif sur l'interaction, augmenter ou diminuer la valeur énergétique. Pour les calculs de base,thermochimie, il est d'usage d'utiliser des indicateurs spécifiques de pression et de température.
Conditions standard
Étant donné que la chaleur de formation d'une substance est la détermination de l'ampleur de l'effet énergétique dans des conditions standard, nous les distinguerons séparément. La température pour les calculs est choisie 298 K (25 degrés Celsius), pression - 1 atmosphère. De plus, un point important auquel il convient de prêter attention est le fait que la chaleur de formation de toute substance simple est nulle. C'est logique, car les substances simples ne se forment pas, c'est-à-dire qu'il n'y a pas de dépense d'énergie pour leur formation.
Éléments de thermochimie
Cette section de la chimie moderne revêt une importance particulière, car c'est ici que des calculs importants sont effectués, des résultats spécifiques sont obtenus qui sont utilisés en génie thermique. En thermochimie, il existe de nombreux concepts et termes qu'il est important d'exploiter afin d'obtenir les résultats souhaités. L'enthalpie (ΔH) indique que l'interaction chimique a eu lieu dans un système fermé, il n'y avait aucune influence sur la réaction des autres réactifs, la pression était constante. Cette précision nous permet de parler de l'exactitude des calculs effectués.
Selon le type de réaction considéré, l'ampleur et le signe de l'effet thermique résultant peuvent différer considérablement. Ainsi, pour toutes les transformations impliquant la décomposition d'une substance complexe en plusieurs composants plus simples, l'absorption de chaleur est supposée. Les réactions consistant à combiner de nombreuses substances de départ en un seul produit plus complexe s'accompagnent delibérant une quantité importante d'énergie.
Conclusion
Lors de la résolution d'un problème thermochimique, le même algorithme d'actions est utilisé. Tout d'abord, selon le tableau, pour chaque composant initial, ainsi que pour les produits de réaction, la valeur de la chaleur de formation est déterminée, sans oublier l'état d'agrégation. De plus, armés de la loi de Hess, ils composent une équation pour déterminer la valeur souhaitée.
Une attention particulière doit être portée à la prise en compte des coefficients stéréochimiques qui existent devant les substances initiales ou finales dans une équation particulière. S'il y a des substances simples dans la réaction, leurs chaleurs de formation standard sont égales à zéro, c'est-à-dire que ces composants n'affectent pas le résultat obtenu dans les calculs. Essayons d'utiliser les informations reçues sur une réaction spécifique. Si nous prenons comme exemple le processus de formation de métal pur à partir d'oxyde de fer (Fe3+) par interaction avec le graphite, alors dans le livre de référence vous pouvez trouver les valeurs de la chaleur standard de formation. Pour l'oxyde de fer (Fe3+) ce sera –822,1 kJ/mol, pour le graphite (une substance simple) il est égal à zéro. À la suite de la réaction, du monoxyde de carbone (CO) se forme, pour lequel cet indicateur a une valeur de 110,5 kJ / mol, et pour le fer libéré, la chaleur de formation correspond à zéro. L'enregistrement de la chaleur standard de formation d'une interaction chimique donnée est caractérisé comme suit:
ΔHo298=3× (–110,5) – (–822,1)=–331,5 + 822,1=490,6 kJ.
Analyserle résultat numérique obtenu selon la loi de Hess, nous pouvons conclure logiquement que ce processus est une transformation endothermique, c'est-à-dire qu'il implique la dépense d'énergie pour la réaction de réduction du fer à partir de son oxyde trivalent.
