טערמאָכעמישע גלייכונגען: פֿאַרשטיין די גרונט־פּרינציפּן פֿון ענערגעטיק אין כעמישע רעאַקציעס
הקדמה
טערמאָכעמיע איז דער צווייג פון כעמיע וואָס באַהאַנדלט ענערגיע ענדערונגען, ספּעציעל היץ, אין כעמישע רעאַקציעס. א פארשטאנד פון טערמאָכעמיע איז קריטיש פֿאַר פילע וויסנשאַפטלעכע און אינדוסטריעלע אַפּליקאַציעס, אַרייַנגערעכנט ברענשטאָף אַנטוויקלונג, כעמישע פּראָדוקציע, און קלימאַט ענדערונג שטודיעס. דער אַרטיקל וועט דיסקוטירן די גרונט פּרינציפּן פון טערמאָכעמיע, מיט אַ באַזונדערן פאָקוס אויף טערמאָכעמישע גלייכונגען, וואָס זענען אַ קערן באַגריף אין דער שטודיע פון ענערגיע ענדערונגען אין כעמישע רעאַקציעס.
דעפֿיניציע פֿון טערמאָכעמיע
טערמאָכעמיע באַציט זיך צו דער שטודיע פון ענערגיע ענדערונגען וואָס באַגלייטן כעמישע רעאַקציעס און ענדערונגען פון צושטאַנד. איין פונדאַמענטאַלער אַספּעקט פון טערמאָכעמיע איז ווי ענערגיע אין דער פאָרעם פון היץ ווערט אויסגעטוישט צווישן אַ סיסטעם (רעאַקטאַנטן און פּראָדוקטן) און איר סביבה בעת אַ כעמישע רעאַקציע. דאָס פארלאנגט אָפט אַ פארשטאנד פון דעם ערשטן געזעץ פון טערמאָדִינאַמיק, וואָס זאָגט אַז ענערגיע קען נישט ווערן באשאפן אָדער חרובֿ, נאָר קען נאָר טוישן פאָרעם.
ערשטער געזעץ פון טערמאדינאמיק
דער ערשטער געזעץ פון טערמאדינאמיק, אויך באקאנט אלס דער געזעץ פון קאנסערוואציע פון ענערגיע, זאגט אז:
\[ \דעלטאַ U = q + W \]
וואו ΔU איז די ענדערונג אין אינערלעכער ענערגיע פון דער סיסטעם, q איז די היץ וואָס ווערט צוגעגעבן צום סיסטעם, און W איז די אַרבעט וואָס דער סיסטעם טוט. פֿאַר אַ כעמישע רעאַקציע וואָס פּאַסירט ביי קאָנסטאַנטן דרוק, איז די צוגעגעבענע אָדער באַפרייטע היץ (q_p) גלייך צו דער ענדערונג אין ענטהאַלפּיע (ΔH).
ענטהאַלפּיע און כעמישע רעאַקציעס
ענטהאלפּי (H) איז אַ טערמין געניצט צו באַשרײַבן די גאַנצע ענערגיע אין אַ סיסטעם, אַרײַנגערעכנט סײַ אינערלעכע ענערגיע און סײַ די ענערגיע וואָס איז נויטיק צו פֿאַרנעמען פּלאַץ אין אַ געגעבענער סבֿיבֿה בײַ קאָנסטאַנטן דרוק. די ענדערונג אין ענטהאלפּי (ΔH) בעת אַ כעמישע רעאַקציע גיט אַן אָנצײַג צי די רעאַקציע איז עקזאָטהערמיש (באַפֿרײַען היץ) צי ענדאָטהערמיש (אַבזאָרבירן היץ).
– עקזאָטערמישע רעאַקציע: \( \DeltaH \) איז נעגאַטיוו, דאָס מיינט אַז די סיסטעם לאָזט אַרויס היץ צו דער אַרומיקער סביבה.
– ענדאָטהערמישע רעאַקציע: \( \DeltaH \) איז פּאָזיטיוו, דאָס מיינט אַז די סיסטעם אַבזאָרבירט היץ פֿון דער סביבה.
טערמאָכעמישע גלייכונגען
א טערמאכעמישע גלייכונג איז א סטויכיאָמעטרישע רעפּרעזענטאַציע פון א כעמישע רעאַקציע וואָס נעמט אַרײַן ענערגיע ענדערונגען אין דער פאָרעם פון ענטהאַלפּיע. די גלייכונג ווערט געשריבן ווי פאלגנד:
\[ \text{רעאַקטאַנטן} \rightarrow \text{פּראָדוקטן} \quad \Delta H = \text{ווערט} \]
למשל, די פארברענונג רעאקציע פון מעטאן קען געשריבן ווערן ווי:
[\text{CH}_4(g) + 2\text{O}_2(g)\rightarrow\text{CO}_2(g) + 2\text{H}_2\text{O(l)}\quad\DELTAH = -890 \text{kJ}\]
די נומער \(-890 \text{kJ}\) ווייזט אז 890 kJ ענערגיע ווערט ארויסגעלאזט צו דער ארומיגע סביבה פאר יעדן מאל מעטאן וואס ווערט פארברענט. דאס איז א ביישפיל פון אן עקזאטערמישער רעאקציע.
סטאַנדאַרט ענטהאַלפּי פון פאָרמאַציע
די סטאַנדאַרט ענטהאַלפּיע פון פאָרמאַציע (ΔHf)) איז די ענטהאַלפּיע ענדערונג וואָס פּאַסירט ווען איין מאָל פון אַ קאַמפּאַונד ווערט געשאפן פון עלעמענטן אין זייערע סטאַנדאַרט שטאַטן ביי אַ דרוק פון 1 אַטם און אַ ספּעציפישע טעמפּעראַטור, געוויינטלעך 25°C. דער ווערט פון ΔHf איז זייער וויכטיק פֿאַר באַשטימען די ענטהאַלפּיע ענדערונג פון קאָמפּלעקסע כעמישע רעאַקציעס ניצנדיק העס'ס געזעץ.
העס'ס געזעץ
העס'ס געזעץ זאגט אז די גאנצע ענטהאלפי ענדערונג פון א כעמישע רעאקציע איז די זעלבע אומאפהענגיק פון דעם וועג וואס די רעאקציע נעמט. דאס מיינט אז אויב א רעאקציע קען ווערן צעטיילט אין עטלעכע טריט, דאן איז די גאנצע ΔH די סומע פון די ΔH פון יעדן יחיד טריט. העס'ס געזעץ קען ווערן געשריבן ווי:
\[ \DeltaH_{\text{גאַנץ רעאַקציע}} = \sum \DeltaH_{\text{טרעטן}} \]
א פשוט ביישפּיל פון העס'ס געזעץ איז צו באַשטימען ΔH פֿאַר דער רעאַקציע:
\[ \text{C(גראַפיט)} + \frac{1}{2} \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO(g)} \]
ניצנדיק די פאלגענדע דאַטן:
1. \(\text{C(גראַפיט)} + \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) \quad \delta H = -393.5 \text{kJ}\)
2. \(\text{CO(g)} + \frac{1}{2} \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) \quad \delta H = -283 \text{kJ}\)
מיט דעם גלייכונג אויפגעשטעלט, איז די ענטהאלפי ענדערונג:
[דעלטאַ H = (-393.5 קדזש) – (-283 קדזש) = -110.5 קדזש]
אזוי, \(ΔH \) פֿאַר דער פֿאָרמירונג פֿון CO(g) פֿון גראַפֿיט און זויערשטאָף איז \(-110.5 \text{kJ}\).
בונד ענערגיע
בונד ענערגיע איז די ענערגיע וואס איז נויטיג צו צעברעכן איין מאל בונדן אין א גאז מאלעקול. וויסן פון בונד ענערגיע ערלויבט אונז צו רעכענען די ענטהאלפי ענדערונג פון א כעמישע רעאקציע באזירט אויף די צאל און טיפן בונדן וואס זענען צעבראכן און געשאפן געווארן. למשל, אין דער צעשפּאַלטונג רעאקציע פון א וואסערשטאף מאלעקול (\(\text{H}_2 \rightarrow 2\text{H}\)), אויב די בונד ענערגיע פון H-H איז 436 kJ/mol, דאן איז 436 kJ נויטיג צו צעברעכן איין מאל פון \(\text{H}_2\).
אַפּליקאַציעס פון טערמאָכעמישע גלייכונגען
טערמאָכעמישע גלייכונגען זענען נישט נאָר וויכטיק אין כעמיע לאַבאָראַטאָריעס, נאָר אויך אין אַ ברייט פאַרשיידנקייט פון פּראַקטישע אַפּליקאַציעס.
1. ענערגיע אינדוסטריע: פארשטיין די ענערגיע פון פארברענען פאסילע ברענשטאפן און ביאמאסע.
2. כעמישע אינזשעניריע: דיזיינינג כעמישע רעאַקטאָרן, אָפּטימיזירן פּראָצעס באדינגונגען פֿאַר ענערגיע עפעקטיווקייט.
3. געזונט און מעדיצין: דיזיינירן מעדיצינען באזירט אויף ענערגיע ענדערונגען אין דער פאָרמירונג און צעבראָך פון כעמישע קאַמפּאַונדז.
4. סביבה: פארשטיין און פארמינדערן די ענערגיע-איינפלוסן פון אינדוסטריעלע פראצעסן אויף קלימאט-ענדערונג.
קעסימפּולאַן
טערמאָכעמיע גיט אַ שטאַרקע ראַם פֿאַר פֿאַרשטיין און פֿאָרויסזאָגן ענערגיע ענדערונגען אין כעמישע רעאַקציעס. ניצנדיק טערמאָכעמישע גלייכונגען, קענען מיר רעכענען ענטהאַלפּי ענדערונגען און פֿאָרויסזאָגן צי אַ רעאַקציע וועט זיין ענדאָטהערמיש אָדער עקזאָטהערמיש. די אַפּליקאַציע פֿון טערמאָכעמיע אין פֿאַרשידענע פֿעלדער דעמאָנסטרירט די וויכטיקייט פֿון פֿאַרשטיין די ענערגיע ענדערונגען אין וואָכעדיק לעבן און מאָדערנער אינדוסטריע. אין דער צוקונפֿט וועט די אַנטוויקלונג פֿון סאַסטיינאַבאַל טעכנאָלאָגיעס מער און מער פֿאַרלאָזן זיך אויף די פֿונדאַמענטאַלע פּרינציפּן וואָס טערמאָכעמיע לערנט.
