ผลกระทบทางความร้อนจำเพาะของปฏิกิริยา ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเคมี

การแนะนำ

ผลกระทบจากความร้อน ปฏิกริยาเคมีจำเป็นสำหรับการคำนวณทางเทคนิคหลายอย่าง พบการใช้งานอย่างกว้างขวางในหลายอุตสาหกรรม รวมถึงในการพัฒนาทางทหาร

จุดประสงค์นี้ งานหลักสูตรเป็นการศึกษาการประยุกต์ใช้ผลกระทบทางความร้อนในทางปฏิบัติ เราจะดูตัวเลือกบางอย่างสำหรับการใช้งานและค้นหาความสำคัญของการใช้ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเคมีในบริบทของการพัฒนาเทคโนโลยีสมัยใหม่

ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเคมี

สารแต่ละชนิดเก็บพลังงานไว้จำนวนหนึ่ง เราพบคุณสมบัติของสารชนิดนี้อยู่แล้วในมื้อเช้า กลางวัน หรือเย็น เนื่องจากอาหารทำให้ร่างกายของเราใช้พลังงานของสารต่างๆ ได้อย่างหลากหลาย สารประกอบเคมีที่มีอยู่ในอาหาร ในร่างกาย พลังงานนี้จะถูกแปลงเป็นการเคลื่อนไหว การทำงาน และใช้เพื่อรักษาอุณหภูมิร่างกายให้คงที่ (และค่อนข้างสูง!)

นักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงที่สุดคนหนึ่งที่ทำงานด้านอุณหเคมีคือ Berthelot Berthelot - ศาสตราจารย์วิชาเคมีที่ Higher Pharmaceutical School ในปารีส (1859) รัฐมนตรีว่าการกระทรวงศึกษาธิการและการต่างประเทศ

เริ่มต้นในปี พ.ศ. 2408 แบร์เธล็อตมีส่วนร่วมอย่างแข็งขันในด้านอุณหเคมีและดำเนินการวิจัยด้านความร้อนอย่างกว้างขวาง ซึ่งนำไปสู่การประดิษฐ์ "ระเบิดแคลอรี่" (พ.ศ. 2424) โดยเฉพาะ เขาเป็นเจ้าของแนวคิดเรื่องปฏิกิริยาคายความร้อนและปฏิกิริยาดูดความร้อน เบอร์เธล็อตได้รับข้อมูลอย่างกว้างขวางเกี่ยวกับผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาจำนวนมาก ความร้อนจากการสลายตัวและการก่อตัวของสารหลายชนิด

แบร์เธล็อตศึกษาผลกระทบของวัตถุระเบิด เช่น อุณหภูมิการระเบิด ความเร็วการเผาไหม้ และการแพร่กระจายของคลื่นระเบิด เป็นต้น

พลังงานของสารประกอบเคมีมีความเข้มข้นในพันธะเคมีเป็นหลัก ต้องใช้พลังงานในการทำลายพันธะระหว่างสองอะตอม เมื่อเกิดพันธะเคมี พลังงานจะถูกปล่อยออกมา

ปฏิกิริยาเคมีใด ๆ ประกอบด้วยการแตกของสิ่งหนึ่ง พันธะเคมีและการศึกษาของผู้อื่น

อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาทางเคมีในระหว่างการก่อตัวของพันธะใหม่ เมื่อพลังงานถูกปล่อยออกมามากกว่าที่จำเป็นในการทำลายพันธะ "เก่า" ในสารตั้งต้น พลังงานส่วนเกินจะถูกปล่อยออกมาในรูปของความร้อน ตัวอย่างคือปฏิกิริยาการเผาไหม้ ตัวอย่างเช่น, ก๊าซธรรมชาติ(มีเทน CH 4) เผาไหม้ในอากาศที่ปล่อยออกซิเจนออกมา ปริมาณมากความร้อน (รูปที่ 1a) ปฏิกิริยาดังกล่าวเป็นแบบคายความร้อน

ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นพร้อมกับการปล่อยความร้อนจะมีผลทางความร้อนเชิงบวก (Q>0, DH<0) и называются экзотермическими.

ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นกับการดูดซับความร้อนจากสิ่งแวดล้อม (Q<0, DH>0) กล่าวคือ ที่มีผลทางลบต่อความร้อน คือ ดูดความร้อน

ตัวอย่างคือการก่อตัวของคาร์บอนมอนอกไซด์ (II) CO และไฮโดรเจน H2 จากถ่านหินและน้ำ ซึ่งเกิดขึ้นเฉพาะเมื่อถูกความร้อน (รูปที่ 1b)

ข้าว. 1ก,ข. การแสดงภาพปฏิกิริยาเคมีโดยใช้แบบจำลองโมเลกุล: ก) ปฏิกิริยาคายความร้อน ข) ปฏิกิริยาดูดความร้อน แบบจำลองแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าพันธะเคมีเก่าจะถูกทำลายและพันธะเคมีใหม่เกิดขึ้นได้อย่างไร โดยมีจำนวนอะตอมคงที่ระหว่างอะตอมเหล่านั้น

ดังนั้นปฏิกิริยาเคมีใด ๆ จะมาพร้อมกับการปล่อยหรือการดูดซึมพลังงาน ส่วนใหญ่แล้วพลังงานจะถูกปล่อยออกมาหรือดูดซับในรูปของความร้อน (มักน้อยกว่าในรูปของแสงหรือพลังงานกล) ความร้อนนี้สามารถวัดได้ ผลการวัดจะแสดงเป็นกิโลจูล (kJ) สำหรับสารตั้งต้นหนึ่งโมล หรือ (น้อยกว่าปกติ) สำหรับผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาหนึ่งโมล ปริมาณนี้เรียกว่าผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยา

ผลกระทบจากความร้อนคือปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาหรือดูดซับโดยระบบเคมีเมื่อเกิดปฏิกิริยาเคมีในระบบนั้น

ผลกระทบจากความร้อนจะแสดงด้วยสัญลักษณ์ Q หรือ DH (Q = -DH) ค่าของมันสอดคล้องกับความแตกต่างระหว่างพลังงานของสถานะเริ่มต้นและสถานะสุดท้ายของปฏิกิริยา:

DH = Hfin. - นิช = เอฟิน. - เอ้าท์.

สัญลักษณ์ (d), (g) แสดงถึงก๊าซ และ สถานะของเหลวสาร นอกจากนี้ยังมีการกำหนด (tv) หรือ (k) - ของแข็งสารผลึก (aq) - สารที่ละลายในน้ำ ฯลฯ

การกำหนดสถานะการรวมตัวของสารเป็นสิ่งสำคัญ ตัวอย่างเช่น ในปฏิกิริยาการเผาไหม้ของไฮโดรเจน น้ำจะเกิดขึ้นในรูปของไอน้ำ (สถานะก๊าซ) เมื่อมีการควบแน่นซึ่งสามารถปล่อยพลังงานออกมาได้อีกบางส่วน ดังนั้น สำหรับการก่อตัวของน้ำในรูปของของเหลว ผลกระทบทางความร้อนที่วัดได้ของปฏิกิริยาจะมากกว่าการเกิดไอน้ำเพียงอย่างเดียวเล็กน้อย เนื่องจากเมื่อไอน้ำควบแน่น ความร้อนอีกส่วนหนึ่งจะถูกปล่อยออกมา

นอกจากนี้ยังใช้กรณีพิเศษของผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยา - ความร้อนจากการเผาไหม้ จากชื่อเป็นที่ชัดเจนว่าความร้อนจากการเผาไหม้ทำหน้าที่กำหนดลักษณะของสารที่ใช้เป็นเชื้อเพลิง ความร้อนจากการเผาไหม้หมายถึง 1 โมลของสารที่เป็นเชื้อเพลิง (ตัวรีดิวซ์ในปฏิกิริยาออกซิเดชัน) ตัวอย่างเช่น:


อะเซทิลีน								ความร้อนจากการเผาไหม้ของอะเซทิลีน

พลังงาน (E) ที่เก็บไว้ในโมเลกุลสามารถพล็อตตามระดับพลังงานได้ ในกรณีนี้ ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยา ( E) สามารถแสดงเป็นภาพกราฟิกได้ (รูปที่ 2)

ข้าว. 2. การแสดงผลกระทบทางความร้อนแบบกราฟิก (Q =  E): ก) ปฏิกิริยาคายความร้อนของการเผาไหม้ไฮโดรเจน; b) ปฏิกิริยาดูดความร้อนของการสลายตัวของน้ำภายใต้อิทธิพลของกระแสไฟฟ้า พิกัดปฏิกิริยา (แกนนอนของกราฟ) สามารถพิจารณาได้ เช่น ระดับของการแปลงสาร (100% คือการแปลงที่สมบูรณ์ของสารเริ่มต้น)

สมการปฏิกิริยาเคมี

สมการของปฏิกิริยาเคมีซึ่งมีการเขียนผลทางความร้อนของปฏิกิริยาพร้อมกับรีเอเจนต์และผลิตภัณฑ์เรียกว่าสมการอุณหเคมี

ลักษณะเฉพาะของสมการอุณหเคมีคือเมื่อทำงานร่วมกับสมการเหล่านี้ คุณสามารถถ่ายโอนสูตรของสารและขนาดของผลกระทบทางความร้อนจากส่วนหนึ่งของสมการไปยังอีกส่วนหนึ่งได้ ตามกฎแล้วสิ่งนี้ไม่สามารถทำได้ด้วยสมการปฏิกิริยาเคมีธรรมดา

อนุญาตให้บวกและลบสมการอุณหเคมีแบบทีละเทอมได้เช่นกัน ซึ่งอาจจำเป็นในการพิจารณาผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาที่ยากหรือเป็นไปไม่ได้ที่จะวัดผลจากการทดลอง

ลองยกตัวอย่าง ในห้องปฏิบัติการ ดำเนินการได้ยากมาก รูปแบบบริสุทธิ์"ปฏิกิริยาการผลิตมีเทน CH4 โดยการรวมคาร์บอนกับไฮโดรเจนโดยตรง:

ค + 2H 2 = CH 4

แต่คุณสามารถเรียนรู้มากมายเกี่ยวกับปฏิกิริยานี้ผ่านการคำนวณ ตัวอย่างเช่น ค้นหาว่าปฏิกิริยานี้จะเป็นแบบคายความร้อนหรือแบบดูดความร้อน และคำนวณขนาดของผลกระทบทางความร้อนในเชิงปริมาณด้วย

ทราบผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาการเผาไหม้ของมีเทน คาร์บอน และไฮโดรเจน (ปฏิกิริยาเหล่านี้เกิดขึ้นได้ง่าย):

ก) CH 4 (ก.) + 2O 2 (ก.) = CO 2 (ก.) + 2H 2 O (ล.) + 890 กิโลจูล

b) C(ทีวี) + O 2 (g) = CO 2 (g) + 394 kJ

ค) 2H 2 (g) + O 2 (g) = 2H 2 O (l) + 572 กิโลจูล

ให้เราลบสมการสองตัวสุดท้าย (b) และ (c) ออกจากสมการ (a) เราจะลบด้านซ้ายของสมการออกจากด้านซ้าย และด้านขวาจะลบออกจากด้านขวา ในกรณีนี้โมเลกุลทั้งหมด O 2, CO 2 และ H 2 O จะหดตัว เราได้รับ:

CH 4 (ก.) - C (ทีวี) - 2H 2 (ก.) = (890 - 394 - 572) กิโลจูล = -76 กิโลจูล

สมการนี้ดูค่อนข้างผิดปกติ ลองคูณทั้งสองข้างของสมการด้วย (-1) แล้วเลื่อน CH 4 ไปทางด้านขวาด้วยเครื่องหมายตรงข้าม เราได้สมการที่ต้องการสำหรับการก่อตัวของมีเทนจากถ่านหินและไฮโดรเจน:

C(tv) + 2H 2 (g) = CH 4 (g) + 76 กิโลจูล/โมล

ดังนั้น การคำนวณของเราแสดงให้เห็นว่าผลกระทบทางความร้อนของการก่อตัวของมีเทนจากคาร์บอนและไฮโดรเจนคือ 76 กิโลจูล (ต่อโมลของมีเธน) และกระบวนการนี้จะต้องเป็นแบบคายความร้อน (พลังงานจะถูกปล่อยออกมาในปฏิกิริยานี้)

สิ่งสำคัญคือต้องใส่ใจกับความจริงที่ว่ามีเพียงสารที่อยู่ในสถานะการรวมตัวที่เหมือนกันเท่านั้นที่สามารถเพิ่ม ลบ และลดระยะในสมการเทอร์โมเคมี มิฉะนั้นเราจะทำผิดพลาดในการกำหนดผลกระทบทางความร้อนต่อค่าของความร้อน ของการเปลี่ยนแปลงจากสถานะการรวมกลุ่มหนึ่งไปสู่อีกสถานะหนึ่ง

กฎพื้นฐานของอุณหเคมี

สาขาวิชาเคมีที่ศึกษาการเปลี่ยนแปลงของพลังงานในปฏิกิริยาเคมีเรียกว่าเทอร์โมเคมี

มีกฎที่สำคัญที่สุดสองข้อของอุณหเคมี กฎข้อแรกคือกฎหมายลาวัวซิเยร์-ลาปลาซ มีการกำหนดไว้ดังนี้:

ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาไปข้างหน้าจะเท่ากับผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาย้อนกลับที่มีเครื่องหมายตรงกันข้ามเสมอ

ซึ่งหมายความว่าในระหว่างการก่อตัวของสารประกอบใด ๆ พลังงานในปริมาณเท่ากันจะถูกปล่อยออกมา (ถูกดูดซับ) เช่นเดียวกับที่ถูกดูดซับ (ถูกปล่อยออกมา) ในระหว่างการสลายตัวไปเป็นสารดั้งเดิม ตัวอย่างเช่น:

2H 2 (g) + O 2 (g) = 2H 2 O (l) + 572 kJ (การเผาไหม้ของไฮโดรเจนในออกซิเจน)

2 H 2 O (l) + 572 kJ = 2H 2 (g) + O 2 (g) (การสลายตัวของน้ำด้วยกระแสไฟฟ้า)

กฎของลาวัวซิเยร์-ลาปลาซเป็นผลมาจากกฎการอนุรักษ์พลังงาน

กฎข้อที่สองของอุณหเคมีถูกกำหนดขึ้นในปี พ.ศ. 2383 โดยนักวิชาการชาวรัสเซีย G. I. Hess:

ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับสถานะเริ่มต้นและขั้นสุดท้ายของสารเท่านั้น และไม่ขึ้นอยู่กับขั้นตอนระหว่างกลางของกระบวนการ

ซึ่งหมายความว่าผลกระทบทางความร้อนรวมของปฏิกิริยาชุดหนึ่งที่ต่อเนื่องกันจะเหมือนกับผลของปฏิกิริยาชุดอื่น ๆ ถ้าสารเริ่มต้นและสิ้นสุดเหมือนกันที่จุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของปฏิกิริยาเหล่านี้ กฎพื้นฐานของอุณหเคมีทั้งสองนี้ทำให้สมการอุณหเคมีมีความคล้ายคลึงกับสมการทางคณิตศาสตร์ เมื่อในสมการปฏิกิริยา เป็นไปได้ที่จะถ่ายโอนคำศัพท์จากส่วนหนึ่งไปยังอีกส่วนหนึ่ง เพื่อเพิ่ม ลบ และลดสูตรของสารประกอบเคมีทีละเทอม ในกรณีนี้ จำเป็นต้องคำนึงถึงค่าสัมประสิทธิ์ในสมการปฏิกิริยา และอย่าลืมว่าสารที่เติม ลบ หรือลดด้วยโมลจะต้องอยู่ในสถานะการรวมกลุ่มเดียวกัน

การประยุกต์ใช้ผลกระทบทางความร้อนในทางปฏิบัติ

ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเคมีเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการคำนวณทางเทคนิคหลายอย่าง ตัวอย่างเช่น ลองพิจารณาจรวด Energia ของรัสเซียที่ทรงพลัง ซึ่งสามารถส่งยานอวกาศและน้ำหนักบรรทุกอื่นๆ ขึ้นสู่วงโคจรได้ เครื่องยนต์ในขั้นตอนหนึ่งทำงานด้วยก๊าซเหลว - ไฮโดรเจนและออกซิเจน

สมมติว่าเรารู้งาน (เป็นกิโลจูล) ที่จะต้องใช้ในการส่งจรวดที่บรรทุกสินค้าจากพื้นผิวโลกสู่วงโคจร เรายังรู้งานเพื่อเอาชนะแรงต้านอากาศและต้นทุนพลังงานอื่น ๆ ในระหว่างการบิน จะคำนวณปริมาณไฮโดรเจนและออกซิเจนที่ต้องการซึ่ง (ในสถานะของเหลว) ที่ใช้ในจรวดนี้เป็นเชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์ได้อย่างไร

หากไม่ได้รับความช่วยเหลือจากผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาการก่อตัวของน้ำจากไฮโดรเจนและออกซิเจนสิ่งนี้เป็นเรื่องยากที่จะทำ ท้ายที่สุดแล้ว ผลกระทบจากความร้อนคือพลังงานที่ควรส่งจรวดขึ้นสู่วงโคจร ในห้องเผาไหม้ของจรวด ความร้อนนี้จะถูกแปลงเป็น พลังงานจลน์โมเลกุลของก๊าซร้อน (ไอน้ำ) ซึ่งหลุดออกจากหัวฉีดและสร้างแรงขับของไอพ่น

ในอุตสาหกรรมเคมี ผลกระทบทางความร้อนเป็นสิ่งจำเป็นในการคำนวณปริมาณความร้อนที่ทำให้เครื่องปฏิกรณ์ร้อนซึ่งเกิดปฏิกิริยาดูดความร้อน ในภาคพลังงาน การผลิตพลังงานความร้อนคำนวณโดยใช้ความร้อนจากการเผาไหม้เชื้อเพลิง

นักโภชนาการใช้ผลความร้อนของการเกิดออกซิเดชัน ผลิตภัณฑ์อาหารในร่างกายเพื่อประกอบขึ้น อาหารที่เหมาะสมโภชนาการไม่เพียง แต่สำหรับคนป่วยเท่านั้น แต่ยังสำหรับคนที่มีสุขภาพแข็งแรงด้วย - นักกีฬาคนทำงานจากหลากหลายอาชีพ ตามเนื้อผ้า การคำนวณที่นี่ไม่ได้ใช้จูล แต่เป็นหน่วยพลังงานอื่นๆ - แคลอรี่ (1 cal = 4.1868 J) ปริมาณพลังงานของอาหารหมายถึงมวลของผลิตภัณฑ์อาหาร: 1 กรัม 100 กรัม หรือแม้แต่บรรจุภัณฑ์มาตรฐานของผลิตภัณฑ์ ตัวอย่างเช่น บนฉลากขวดนมข้น คุณสามารถอ่านข้อความต่อไปนี้: “ปริมาณแคลอรี่ 320 กิโลแคลอรี/100 กรัม”

ผลกระทบทางความร้อนจะถูกคำนวณเมื่อผลิตโมโนเมทิลอะนิลีนซึ่งอยู่ในกลุ่มอะโรมาติกเอมีนทดแทน พื้นที่หลักของการใช้ monomethylaniline นั้นเป็นสารเติมแต่งป้องกันการน็อคสำหรับน้ำมันเบนซิน สามารถใช้ monomethylaniline ในการผลิตสีย้อมได้ monomethylaniline เชิงพาณิชย์ (N-methylaniline) ถูกแยกได้จากตัวเร่งปฏิกิริยาโดยการแก้ไขเป็นระยะหรือต่อเนื่อง ผลทางความร้อนของปฏิกิริยา ∆Н= -14±5 kJ/mol

สารเคลือบทนความร้อน

การพัฒนาเทคโนโลยีอุณหภูมิสูงจำเป็นต้องสร้างวัสดุทนความร้อนเป็นพิเศษ ปัญหานี้สามารถแก้ไขได้โดยใช้โลหะทนไฟและทนความร้อน การเคลือบอินเตอร์เมทัลลิกดึงดูดความสนใจเพิ่มขึ้นเนื่องจากมีคุณสมบัติที่มีคุณค่ามากมาย: ความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชัน การหลอมละลายที่รุนแรง ความต้านทานความร้อน ฯลฯ สิ่งที่น่าสนใจก็คือคายความร้อนที่สำคัญของการก่อตัวของสารประกอบเหล่านี้จากองค์ประกอบที่เป็นส่วนประกอบ มีสองวิธีที่เป็นไปได้ในการใช้คายความร้อนของปฏิกิริยาเพื่อการก่อตัวของสารประกอบระหว่างโลหะ ประการแรกคือการผลิตผงคอมโพสิตสองชั้น เมื่อถูกความร้อน ส่วนประกอบของผงจะมีปฏิกิริยาโต้ตอบ และความร้อนของปฏิกิริยาคายความร้อนจะชดเชยการระบายความร้อนของอนุภาค ไปถึงพื้นผิวที่ได้รับการป้องกันในสถานะหลอมเหลวโดยสมบูรณ์ และก่อตัวเป็นชั้นเคลือบที่มีรูพรุนต่ำซึ่งยึดติดกับฐานอย่างแน่นหนา อีกทางเลือกหนึ่งคือการใช้ส่วนผสมเชิงกลของผง เมื่ออนุภาคได้รับความร้อนเพียงพอ อนุภาคจะมีปฏิกิริยาโต้ตอบในชั้นเคลือบแล้ว หากขนาดของผลกระทบจากความร้อนมีความสำคัญ สิ่งนี้สามารถนำไปสู่การหลอมละลายของชั้นเคลือบได้เอง การก่อตัวของชั้นการแพร่กระจายระดับกลางที่เพิ่มความแข็งแรงในการยึดเกาะ และได้โครงสร้างการเคลือบที่มีความหนาแน่นและมีรูพรุนต่ำ เมื่อเลือกองค์ประกอบที่ก่อให้เกิดการเคลือบระหว่างโลหะซึ่งมีผลกระทบทางความร้อนสูงและมีคุณสมบัติที่มีคุณค่ามากมาย - ความต้านทานการกัดกร่อน, ความต้านทานความร้อนที่เพียงพอและความต้านทานการสึกหรอ, นิกเกิลอลูมิไนด์โดยเฉพาะ NiAl และ Ni 3 Al ดึงดูดความสนใจ การก่อตัวของ NiAl มาพร้อมกับผลกระทบด้านความร้อนสูงสุด

วิธีทางอุณหเคมีของการแปรรูปเพชร

วิธี "เทอร์โมเคมี" ได้ชื่อมาจากการที่มันเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงและขึ้นอยู่กับการใช้คุณสมบัติทางเคมีของเพชร วิธีการดำเนินการดังนี้: เพชรถูกนำไปสัมผัสกับโลหะที่สามารถละลายคาร์บอนได้ และเพื่อให้กระบวนการละลายหรือการประมวลผลดำเนินต่อไปได้อย่างต่อเนื่อง เพชรจะถูกดำเนินการในบรรยากาศก๊าซซึ่งมีปฏิกิริยากับคาร์บอนที่ละลายใน โลหะ แต่ไม่ทำปฏิกิริยาโดยตรงกับเพชร ในระหว่างกระบวนการ ขนาดของผลกระทบทางความร้อนจะมีค่าสูง

ในการกำหนดสภาวะที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการแปรรูปเพชรด้วยความร้อนเคมีและระบุความสามารถของวิธีการนั้น จำเป็นต้องศึกษากลไกของกระบวนการทางเคมีบางอย่าง ซึ่งยังไม่ได้มีการศึกษาดังที่แสดงโดยการวิเคราะห์ในวรรณกรรมเลย การศึกษาที่เฉพาะเจาะจงมากขึ้นเกี่ยวกับการแปรรูปเพชรด้วยความร้อนเคมี ประการแรกคืออุปสรรคเนื่องจากความรู้ที่ไม่เพียงพอเกี่ยวกับคุณสมบัติของเพชรเอง พวกเขากลัวที่จะทำลายมันด้วยความร้อน การวิจัยเกี่ยวกับเสถียรภาพทางความร้อนของเพชรเพิ่งมีการดำเนินการในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา เป็นที่ยอมรับกันว่าเพชรที่ไม่มีสารเจือปนสามารถถูกทำให้ร้อนได้ถึง 1850 “C” ในบรรยากาศที่เป็นกลางหรือในสุญญากาศโดยไม่มีอันตรายใดๆ ต่อเพชร และจะสูงกว่าเท่านั้น

เพชรเป็นวัสดุใบมีดที่ดีที่สุดเนื่องจากมีความแข็ง ความยืดหยุ่น และแรงเสียดทานต่ำต่อเนื้อเยื่อชีวภาพ การใช้มีดเพชรช่วยให้การปฏิบัติงานสะดวกขึ้นและลดเวลาการรักษาแผลได้ 2-3 เท่า ตามที่ศัลยแพทย์ไมโครที่ MNTK สำหรับการผ่าตัดจุลศัลยกรรมตา มีดที่ลับด้วยวิธีเทอร์โมเคมีไม่เพียงแต่ไม่ด้อยกว่าเท่านั้น แต่ยังมีคุณภาพเหนือกว่าตัวอย่างจากต่างประเทศที่ดีที่สุดอีกด้วย มีการดำเนินการนับพันครั้งด้วยมีดที่ลับด้วยความร้อนเคมี มีดเพชรที่มีรูปแบบและขนาดต่างกันสามารถใช้ในด้านการแพทย์และชีววิทยาด้านอื่นได้ ดังนั้นจึงใช้ไมโครโทมเพื่อเตรียมกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ความละเอียดสูงของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนทำให้เกิดความต้องการพิเศษในด้านความหนาและคุณภาพของส่วนของชิ้นงานทดสอบ ไมโครโทมของเพชรที่ลับให้คมด้วยวิธีเทอร์โมเคมี ทำให้สามารถผลิตชิ้นส่วนที่มีคุณภาพที่ต้องการได้

วัตถุดิบทางเทคนิคสำหรับการผลิตปูนซีเมนต์

การผลิตปูนซีเมนต์ที่เข้มข้นยิ่งขึ้นเกี่ยวข้องกับการแนะนำเทคโนโลยีประหยัดพลังงานและทรัพยากรอย่างกว้างขวางโดยใช้ของเสียจากอุตสาหกรรมต่างๆ

ไซโอ2 40…45,

อัล 2 โอ 3 10…12,

เฟ 2 โอ 3 15…17,

แคลเซียมคาร์บอเนต 12…13,

มก.5…6,

ความเป็นไปได้ของการใช้หางแร่ SMS ในการผลิตปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ได้รับการพิสูจน์แล้ว ซีเมนต์ที่ได้นั้นมีคุณสมบัติความแข็งแรงสูง

ผลกระทบทางความร้อนของการก่อตัวของปูนเม็ด (TEC) หมายถึงผลรวมเชิงพีชคณิตของความร้อนของกระบวนการดูดความร้อน (การลดคาร์บอนของหินปูน การขาดน้ำของแร่ธาตุดินเหนียว การก่อตัวของเฟสของเหลว) และปฏิกิริยาคายความร้อน (ออกซิเดชันของไพไรต์ที่เกิดจากหางแร่ CMS การก่อตัว ของเฟสปูนเม็ด)

ข้อได้เปรียบหลักของการใช้ของเสียเสริมสมรรถนะแร่สคาน-แม่เหล็กในการผลิตปูนซีเมนต์คือ:

การขยายฐานวัตถุดิบเนื่องจากแหล่งที่มนุษย์สร้างขึ้น

ประหยัดวัตถุดิบจากธรรมชาติในขณะที่รักษาคุณภาพปูนซีเมนต์

การลดต้นทุนเชื้อเพลิงและพลังงานสำหรับการเผาปูนเม็ด

ความเป็นไปได้ในการผลิตเม็ดสีพื้นฐานต่ำที่ใช้พลังงานต่ำ

การแก้ปัญหาสิ่งแวดล้อมด้วยการกำจัดของเสียอย่างมีเหตุผล และลดการปล่อยก๊าซสู่ชั้นบรรยากาศระหว่างการเผาปูนเม็ด

ไบโอเซนเซอร์

ไบโอเซนเซอร์เป็นเซ็นเซอร์ที่ใช้เอนไซม์ตรึง ช่วยให้คุณวิเคราะห์ส่วนผสมของสารที่ซับซ้อนและมีหลายองค์ประกอบได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ ปัจจุบันมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาวิทยาศาสตร์ อุตสาหกรรม เกษตรกรรม และการดูแลสุขภาพมากขึ้น พื้นฐานสำหรับการสร้างระบบวิเคราะห์เอนไซม์อัตโนมัติคือความก้าวหน้าล่าสุดในด้านเอนไซม์และเอนไซม์วิทยาทางวิศวกรรม คุณสมบัติอันเป็นเอกลักษณ์ของเอนไซม์ - ความจำเพาะของการออกฤทธิ์และกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาสูง - ช่วยให้วิธีการวิเคราะห์นี้มีความเรียบง่ายและมีความไวสูง และ จำนวนมากเอนไซม์ที่รู้จักและศึกษามาจนถึงปัจจุบันทำให้สามารถขยายรายการสารที่วิเคราะห์ได้อย่างต่อเนื่อง

เซ็นเซอร์ไมโครแคลอรี่ของเอนไซม์ - ใช้ผลความร้อนของปฏิกิริยาของเอนไซม์ ประกอบด้วยสองคอลัมน์ (การวัดและการควบคุม) เต็มไปด้วยตัวพาที่มีเอนไซม์ตรึงและติดตั้งเทอร์มิสเตอร์ เมื่อตัวอย่างที่วิเคราะห์ถูกส่งผ่านคอลัมน์ตรวจวัด จะเกิดปฏิกิริยาเคมีขึ้น ซึ่งมาพร้อมกับผลกระทบทางความร้อนที่บันทึกไว้ เซ็นเซอร์ประเภทนี้มีความน่าสนใจเนื่องจากมีความสามารถรอบด้าน

บทสรุป

ดังนั้นหลังจากวิเคราะห์แล้ว การประยุกต์ใช้จริงผลกระทบจากความร้อนของปฏิกิริยาเคมีสามารถสรุปได้: ผลกระทบจากความร้อนมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับชีวิตประจำวันของเรา ซึ่งขึ้นอยู่กับการวิจัยอย่างต่อเนื่องและค้นหาการใช้งานใหม่ๆ ในทางปฏิบัติ

ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีที่ทันสมัย ผลกระทบที่อบอุ่นได้ถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ เคมี การทหาร การก่อสร้าง อาหาร เหมืองแร่ และอุตสาหกรรมอื่นๆ อีกมากมายใช้ผลกระทบทางความร้อนในการพัฒนา มันถูกใช้ในเครื่องยนต์สันดาปภายใน หน่วยทำความเย็น และอุปกรณ์การเผาไหม้ต่างๆ รวมถึงในการผลิตเครื่องมือผ่าตัด สารเคลือบทนความร้อน วัสดุก่อสร้างประเภทใหม่ และอื่นๆ

ในสภาวะสมัยใหม่ของวิทยาศาสตร์ที่มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง เราเห็นการเกิดขึ้นของการพัฒนาและการค้นพบใหม่ๆ มากขึ้นเรื่อยๆ ในสาขาการผลิต สิ่งนี้นำมาซึ่งการประยุกต์ใช้ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเคมีในรูปแบบใหม่มากขึ้นเรื่อยๆ

เชอร์นีค อี.เอ.

บรรณานุกรม

Musabekov Yu. S. , Marcelin Berthelot, M. , 1965; Centenaire de Marcelin Berthelot, 1827-1927, P. , 1929.

สิทธิบัตร 852586 สหพันธรัฐรัสเซีย เอ็มเคไอ วี 28 ดี 5/00. วิธีการประมวลผลมิติของเพชร / A.P.Grigoriev, S.H.Lifshits, P.P.Shamaev (สหพันธรัฐรัสเซีย) - 2 วิ

ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเคมีหรือการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีของระบบอันเนื่องมาจากการเกิดปฏิกิริยาเคมีคือปริมาณความร้อนที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของตัวแปรทางเคมีที่ระบบได้รับซึ่งปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นและปฏิกิริยา ผลิตภัณฑ์ใช้อุณหภูมิของตัวทำปฏิกิริยา

เพื่อให้ผลกระทบทางความร้อนเป็นปริมาณที่ขึ้นอยู่กับลักษณะของปฏิกิริยาเคมีที่กำลังดำเนินอยู่เท่านั้น ต้องเป็นไปตามเงื่อนไขต่อไปนี้:

· ปฏิกิริยาจะต้องดำเนินการที่ปริมาตรคงที่ Qv (กระบวนการไอโซคอริก) หรือที่ความดันคงที่ Q p (กระบวนการไอโซบาริก)

· ไม่มีการดำเนินการใดๆ ในระบบ ยกเว้นงานการขยายที่เป็นไปได้ที่ P = const

หากปฏิกิริยาเกิดขึ้นภายใต้สภาวะมาตรฐานที่ T = 298.15 K = 25 ˚C และ P = 1 atm = 101325 Pa ผลกระทบทางความร้อนเรียกว่าผลกระทบทางความร้อนมาตรฐานของปฏิกิริยา หรือเอนทาลปีมาตรฐานของปฏิกิริยา ΔH r O ในอุณหเคมี ความร้อนมาตรฐานของปฏิกิริยาคำนวณโดยใช้เอนทาลปีมาตรฐานของการก่อตัว

เอนทาลปีมาตรฐานของการก่อตัว (ความร้อนมาตรฐานของการก่อตัว)

ความร้อนมาตรฐานของการก่อตัวเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นผลทางความร้อนของปฏิกิริยาการก่อตัวของสารหนึ่งโมลจากสารธรรมดาและส่วนประกอบที่อยู่ในสถานะมาตรฐานที่เสถียร

ตัวอย่างเช่น เอนทาลปีมาตรฐานของการก่อตัวของมีเทน 1 โมลจากคาร์บอนและไฮโดรเจน เท่ากับผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยา:

C(tv) + 2H 2 (g) = CH 4 (g) + 76 kJ/mol

เอนทาลปีมาตรฐานของการก่อตัวแสดงแทน ΔHfO ในที่นี้ ดัชนี f หมายถึงการก่อตัว และวงกลมที่ขีดฆ่า ซึ่งชวนให้นึกถึงดิสก์ Plimsol หมายความว่าค่าดังกล่าวอ้างถึงสถานะมาตรฐานของสสาร ในวรรณคดีมักพบการกำหนดอื่นสำหรับเอนทาลปีมาตรฐาน - ΔH 298.15 0 โดยที่ 0 บ่งบอกถึงความเท่าเทียมกันของความดันต่อบรรยากาศหนึ่ง (หรือค่อนข้างแม่นยำกว่านั้นคือเงื่อนไขมาตรฐาน) และ 298.15 - อุณหภูมิ บางครั้งดัชนี 0 ใช้สำหรับปริมาณที่เกี่ยวข้องกับสารบริสุทธิ์ โดยกำหนดว่าสามารถใช้เพื่อกำหนดปริมาณทางเทอร์โมไดนามิกส์มาตรฐานได้ก็ต่อเมื่อเลือกสารบริสุทธิ์ให้เป็นสถานะมาตรฐานเท่านั้น ตัวอย่างเช่น สถานะของสารในสารละลายที่เจือจางมากก็สามารถยอมรับเป็นมาตรฐานได้เช่นกัน “แผ่น Plimsoll” ในกรณีนี้หมายถึงสถานะมาตรฐานที่แท้จริงของสสาร โดยไม่คำนึงถึงตัวเลือก

เอนทัลปีของการก่อตัวของสารอย่างง่ายมีค่าเท่ากับศูนย์ และค่าศูนย์ของเอนทัลปีของการก่อตัวหมายถึงสถานะของการรวมกลุ่ม ซึ่งมีความเสถียรที่ T = 298 K ตัวอย่างเช่น สำหรับไอโอดีนในสถานะผลึก ΔH I2(s) 0 = 0 kJ/mol และสำหรับไอโอดีนเหลว ΔH I2 (g) 0 = 22 kJ/mol เอนทาลปีของการก่อตัวของสารอย่างง่ายภายใต้สภาวะมาตรฐานเป็นลักษณะพลังงานหลัก

ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาใดๆ พบว่าเป็นผลต่างระหว่างผลรวมของความร้อนในการก่อตัวของผลิตภัณฑ์ทั้งหมดกับผลรวมของความร้อนในการก่อตัวของสารตั้งต้นทั้งหมดในปฏิกิริยาที่กำหนด (เป็นผลจากกฎของเฮสส์):

ปฏิกิริยาΔH O = ΣΔH f O (ผลิตภัณฑ์) - ΣΔH f O (รีเอเจนต์)

ผลกระทบทางอุณหเคมีสามารถรวมเข้ากับปฏิกิริยาเคมีได้ สมการทางเคมีที่ระบุปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาหรือดูดซับเรียกว่าสมการเคมีอุณหเคมี ปฏิกิริยาที่มาพร้อมกับการปล่อยความร้อนออกสู่สิ่งแวดล้อมจะส่งผลเสียต่อความร้อนและเรียกว่าคายความร้อน ปฏิกิริยาที่มาพร้อมกับการดูดซับความร้อนจะมีผลทางความร้อนในเชิงบวกและเรียกว่าการดูดกลืนความร้อน ผลกระทบทางความร้อนมักจะหมายถึงหนึ่งโมลของวัสดุตั้งต้นที่ทำปฏิกิริยาซึ่งมีค่าสัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์สูงสุด

การขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของผลกระทบทางความร้อน (เอนทาลปี) ของปฏิกิริยา

ในการคำนวณการขึ้นต่อกันของอุณหภูมิของเอนทาลปีของปฏิกิริยา จำเป็นต้องทราบความจุความร้อนของโมลาร์ของสารที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยา การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีของปฏิกิริยาเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นจาก T 1 ถึง T 2 คำนวณตามกฎของ Kirchhoff (สันนิษฐานว่าในช่วงอุณหภูมินี้ความจุความร้อนของฟันกรามไม่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและไม่มีการเปลี่ยนแปลงเฟส):

หากการเปลี่ยนแปลงเฟสเกิดขึ้นในช่วงอุณหภูมิที่กำหนดในการคำนวณจำเป็นต้องคำนึงถึงความร้อนของการเปลี่ยนแปลงที่สอดคล้องกันตลอดจนการเปลี่ยนแปลงของการขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของความจุความร้อนของสารที่ผ่านการการเปลี่ยนแปลงดังกล่าว:

โดยที่ ΔC p (T 1 ,T f) คือการเปลี่ยนแปลงความจุความร้อนในช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ T 1 ถึงอุณหภูมิการเปลี่ยนเฟส ΔC p (T f ,T 2) คือการเปลี่ยนแปลงความจุความร้อนในช่วงอุณหภูมิจากอุณหภูมิการเปลี่ยนเฟสไปจนถึงอุณหภูมิสุดท้าย และ T f คืออุณหภูมิการเปลี่ยนเฟส

เอนทาลปีมาตรฐานของการเผาไหม้คือ ΔH horo ซึ่งเป็นผลทางความร้อนของปฏิกิริยาการเผาไหม้ของสารหนึ่งโมลในออกซิเจนต่อการก่อตัวของออกไซด์ในสถานะออกซิเดชันสูงสุด ความร้อนจากการเผาไหม้ของสารที่ไม่ติดไฟจะถือว่าเป็นศูนย์

เอนทาลปีมาตรฐานของสารละลายคือสารละลาย ΔH ซึ่งเป็นผลทางความร้อนของกระบวนการละลายสาร 1 โมลในตัวทำละลายในปริมาณมากอย่างไม่สิ้นสุด ประกอบด้วยความร้อนจากการทำลายของโครงตาข่ายคริสตัลและความร้อนของไฮเดรชั่น (หรือความร้อนของสารละลายสำหรับสารละลายที่ไม่ใช่น้ำ) ซึ่งปล่อยออกมาจากปฏิกิริยาของโมเลกุลของตัวทำละลายกับโมเลกุลหรือไอออนของตัวถูกละลายที่มีการก่อตัว ของสารประกอบที่มีองค์ประกอบแปรผัน - ไฮเดรต (โซลเวต) ตามกฎแล้วการทำลายโครงตาข่ายคริสตัลนั้นเป็นกระบวนการดูดความร้อน - ΔH resh > 0 และไฮเดรชันของไอออนเป็นแบบคายความร้อน ΔH ไฮดรา< 0. В зависимости от соотношения значений ΔH реш и ΔH гидр энтальпия растворения может иметь как положительное, так и отрицательное значение. Так растворение кристаллического гидроксида калия сопровождается выделением тепла:

สารละลาย ΔHKOH o = ΔH แก้ o + ΔH hydrK +o + ΔH ไฮโดรOH −o = −59 KJ/mol

เอนทัลปีของไฮเดรชั่น - ΔH ไฮเดร หมายถึงความร้อนที่ปล่อยออกมาเมื่อไอออน 1 โมลเคลื่อนผ่านจากสุญญากาศไปยังสารละลาย

เอนทัลปีมาตรฐานของการวางตัวเป็นกลาง - ΔH เอนทัลปีนิวตรอนของปฏิกิริยาของกรดแก่และเบสแก่ด้วยการก่อตัวของน้ำ 1 โมลภายใต้สภาวะมาตรฐาน:

HCl + NaOH = NaCl + H 2 O

H + + OH − = H 2 O, ΔH นิวตรอน ° = −55.9 กิโลจูล/โมล

เอนทัลปีมาตรฐานของการทำให้เป็นกลางสำหรับสารละลายเข้มข้นของอิเล็กโทรไลต์เข้มข้นขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของไอออน เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของค่า ΔH ของไฮเดรชั่น ° ของไอออนเมื่อเจือจาง

เอนทัลปีเป็นคุณสมบัติของสารที่ระบุปริมาณพลังงานที่สามารถแปลงเป็นความร้อนได้

เอนทัลปีเป็นคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ของสารที่ระบุระดับพลังงานที่เก็บไว้ในโครงสร้างโมเลกุล ซึ่งหมายความว่าแม้ว่าสารอาจมีพลังงานขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดัน แต่ไม่ใช่ทั้งหมดที่สามารถเปลี่ยนเป็นความร้อนได้ ส่วนหนึ่ง กำลังภายในจะยังคงอยู่ในสารและรักษาโครงสร้างโมเลกุลไว้เสมอ พลังงานจลน์บางส่วนของสารจะไม่สามารถใช้ได้เมื่ออุณหภูมิเข้าใกล้อุณหภูมิ สิ่งแวดล้อม. ดังนั้นเอนทาลปีคือปริมาณพลังงานที่สามารถแปลงเป็นความร้อนได้ที่อุณหภูมิและความดันที่กำหนด หน่วยของเอนทาลปีคือหน่วยความร้อนบริติชหรือจูลสำหรับพลังงาน และ Btu/lbm หรือ J/kg สำหรับพลังงานจำเพาะ

ปริมาณเอนทาลปี

ปริมาณเอนทาลปีของสารจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่กำหนด อุณหภูมินี้เป็นค่าที่นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรเลือกไว้เป็นพื้นฐานในการคำนวณ คืออุณหภูมิที่เอนทาลปีของสารมีค่าเป็นศูนย์ J กล่าวอีกนัยหนึ่ง สารนี้ไม่มีพลังงานที่สามารถเปลี่ยนเป็นความร้อนได้ อุณหภูมินี้จะแตกต่างกันสำหรับสารต่างๆ ตัวอย่างเช่น อุณหภูมิของน้ำคือจุดสามจุด (0 °C) ไนโตรเจน -150 °C และสารทำความเย็นที่มีเทนและอีเทน -40 °C

หากอุณหภูมิของสารสูงกว่าอุณหภูมิที่กำหนดหรือเปลี่ยนสถานะเป็นสถานะก๊าซที่อุณหภูมิที่กำหนด เอนทาลปีจะแสดงเป็นจำนวนบวก ในทางกลับกัน ที่อุณหภูมิต่ำกว่านี้ เอนทาลปีของสารจะแสดงเป็นจำนวนลบ เอนทัลปีใช้ในการคำนวณเพื่อกำหนดความแตกต่างของระดับพลังงานระหว่างสองสถานะ นี่เป็นสิ่งจำเป็นในการตั้งค่าอุปกรณ์และกำหนดประสิทธิภาพของกระบวนการ

เอนทัลปีมักถูกกำหนดให้เป็นพลังงานทั้งหมดของสาร เนื่องจากมีค่าเท่ากับผลรวมของพลังงานภายใน (และ) ใน รัฐนี้พร้อมกับความสามารถของเขาในการทำงานให้สำเร็จ (pv) แต่ในความเป็นจริง เอนทาลปีไม่ได้ระบุพลังงานทั้งหมดของสารที่อุณหภูมิที่กำหนดสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์ (-273°C) ดังนั้น แทนที่จะนิยามเอนทาลปีเป็นความร้อนรวมของสาร เอนทาลปีกลับถูกกำหนดให้แม่นยำยิ่งขึ้นว่าเป็นปริมาณพลังงานทั้งหมดที่มีอยู่ของสารที่สามารถแปลงเป็นความร้อนได้
H = U + พีวี

กฎของเฮสส์: ผลกระทบทางความร้อนของเคมี r-tion ขึ้นอยู่กับสถานะเริ่มต้นและสุดท้ายของระบบเท่านั้น และไม่ขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของมัน รัฐ จี.ซี. เป็นการแสดงออกของกฎการอนุรักษ์พลังงานสำหรับระบบที่เกิดปฏิกิริยาเคมี อย่างไรก็ตาม กฎข้อที่ 1 ของอุณหพลศาสตร์และผลที่ตามมาจากกฎข้อที่ 1 ถูกกำหนดไว้เร็วกว่ากฎข้อที่ 1 ใช้ได้กับกระบวนการที่ไหลที่ปริมาตรคงที่หรือความดันคงที่ สำหรับแบบแรกผลกระทบทางความร้อนจะเท่ากับการเปลี่ยนแปลงภายใน พลังงานของระบบเนื่องจากสารเคมี r-tion สำหรับวินาที - การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปี เพื่อคำนวณผลกระทบทางความร้อนของเขต รวมถึง เป็นไปไม่ได้ในทางปฏิบัติ เป็นระบบเทอร์โมเคมี สมการซึ่งแสดงถึงสมการของเขต ที่บันทึกพร้อมกับผลกระทบทางความร้อนที่สอดคล้องกันที่อุณหภูมิที่กำหนด ในกรณีนี้ สิ่งสำคัญคือต้องระบุสถานะการรวมตัวของสารที่ทำปฏิกิริยาเพราะว่า ขนาดของผลกระทบทางความร้อนของเขตขึ้นอยู่กับสิ่งนี้

ระบบเทอร์โมเคมี สมการนี้สามารถแก้ไขได้โดยการดำเนินการกับสูตรที่มีสถานะเหมือนกัน เช่นเดียวกับเงื่อนไขทางคณิตศาสตร์ทั่วไป คุณ

กระทรวงศึกษาธิการของสหพันธรัฐรัสเซีย

มหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งรัฐ Voronezh

โครงการหลักสูตร

ตามวินัย” พื้นฐานทางทฤษฎีเทคโนโลยีก้าวหน้า"

หัวข้อ: “ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเคมีและการประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติ”

โวโรเนซ 2004

การแนะนำ………………………………………………………………………………	3
1. ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเคมี……………………………...	4
1.1. สมการของปฏิกิริยาเคมี……………………………...	8
1.2. กฎพื้นฐานของอุณหเคมี……………………………	10
2. การประยุกต์ใช้ผลกระทบทางความร้อนในทางปฏิบัติ……………….	12
2.1. สารเคลือบทนความร้อน…………………………………………….	1
2.2 วิธีเทอร์โมเคมีของการแปรรูปเพชร………...	14
2.3.วัตถุดิบทางเทคนิคสำหรับการผลิตปูนซีเมนต์………………	15
2.4. ไบโอเซนเซอร์………………………………………….	16
บทสรุป………………………………………………………………….	17
บรรณานุกรม…………………………………………………………	18

การแนะนำ

ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเคมีเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการคำนวณทางเทคนิคหลายอย่าง พบการใช้งานอย่างกว้างขวางในหลายอุตสาหกรรม รวมถึงในการพัฒนาทางทหาร

วัตถุประสงค์ของงานหลักสูตรนี้คือเพื่อศึกษาการประยุกต์ใช้ผลกระทบทางความร้อนในทางปฏิบัติ เราจะดูตัวเลือกบางอย่างสำหรับการใช้งานและค้นหาความสำคัญของการใช้ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเคมีในบริบทของการพัฒนาเทคโนโลยีสมัยใหม่

1. ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเคมี

สารแต่ละชนิดเก็บพลังงานไว้จำนวนหนึ่ง เราพบคุณสมบัติของสารนี้อยู่แล้วในมื้อเช้า กลางวัน หรือเย็น เนื่องจากอาหารช่วยให้ร่างกายของเราใช้พลังงานของสารประกอบเคมีหลากหลายชนิดที่มีอยู่ในอาหาร ในร่างกาย พลังงานนี้จะถูกแปลงเป็นการเคลื่อนไหว การทำงาน และใช้เพื่อรักษาอุณหภูมิร่างกายให้คงที่ (และค่อนข้างสูง!)

ปฏิกิริยาเคมีใดๆ ประกอบด้วยการทำลายพันธะเคมีบางส่วนและก่อตัวเป็นพันธะเคมีอื่นๆ

อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาทางเคมีในระหว่างการก่อตัวของพันธะใหม่ เมื่อพลังงานถูกปล่อยออกมามากกว่าที่จำเป็นในการทำลายพันธะ "เก่า" ในสารตั้งต้น พลังงานส่วนเกินจะถูกปล่อยออกมาในรูปของความร้อน ตัวอย่างคือปฏิกิริยาการเผาไหม้ ตัวอย่างเช่น ก๊าซธรรมชาติ (มีเทน CH 4) เผาไหม้ในออกซิเจนในอากาศ และปล่อยความร้อนจำนวนมากออกมา (รูปที่ 1a) ปฏิกิริยาดังกล่าวเป็นแบบคายความร้อน

ข้าว. 1ก

ข้าว. 1ข

DH = ปลาย H - อ้างอิง H = อีคอน - อ้างอิง

ไอคอน (d), (g) ระบุสถานะก๊าซและของเหลวของสาร นอกจากนี้ยังมีการกำหนด (tv) หรือ (k) - ของแข็งสารผลึก (aq) - สารที่ละลายในน้ำ ฯลฯ

การกำหนดสถานะการรวมตัวของสารมี สำคัญ. ตัวอย่างเช่น ในปฏิกิริยาการเผาไหม้ของไฮโดรเจน น้ำจะเกิดขึ้นในรูปของไอน้ำ (สถานะก๊าซ) เมื่อมีการควบแน่นซึ่งสามารถปล่อยพลังงานออกมาได้อีกบางส่วน ดังนั้น สำหรับการก่อตัวของน้ำในรูปของของเหลว ผลกระทบทางความร้อนที่วัดได้ของปฏิกิริยาจะมากกว่าการเกิดไอน้ำเพียงอย่างเดียวเล็กน้อย เนื่องจากเมื่อไอน้ำควบแน่น ความร้อนอีกส่วนหนึ่งจะถูกปล่อยออกมา

พลังงาน (E) ที่เก็บไว้ในโมเลกุลสามารถพล็อตตามระดับพลังงานได้ ในกรณีนี้ ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยา (D E) สามารถแสดงเป็นภาพกราฟิกได้ (รูปที่ 2)

รูปที่ 2. การแสดงเอฟเฟกต์ทางความร้อนแบบกราฟิก (Q = DE): ก) ปฏิกิริยาคายความร้อนของการเผาไหม้ไฮโดรเจน ข) ปฏิกิริยาดูดความร้อนของการสลายตัวของน้ำภายใต้อิทธิพลของกระแสไฟฟ้า พิกัดปฏิกิริยา (แกนนอนของกราฟ) สามารถพิจารณาได้ เช่น ระดับของการแปลงสาร (100% คือการแปลงที่สมบูรณ์ของสารเริ่มต้น)

1.1. สมการปฏิกิริยาเคมี

· สมการของปฏิกิริยาเคมีซึ่งมีการเขียนผลทางความร้อนของปฏิกิริยาพร้อมกับรีเอเจนต์และผลิตภัณฑ์เรียกว่าสมการเทอร์โมเคมี

ลองยกตัวอย่าง ในห้องปฏิบัติการ เป็นเรื่องยากมากที่จะดำเนินการปฏิกิริยา "ในรูปแบบบริสุทธิ์" ของการผลิตมีเทน CH4 โดยการรวมคาร์บอนกับไฮโดรเจนโดยตรง:

C + 2 H 2 = CH 4

แต่คุณสามารถเรียนรู้มากมายเกี่ยวกับปฏิกิริยานี้ผ่านการคำนวณ ตัวอย่างเช่น ค้นหาว่าปฏิกิริยานี้จะเป็นแบบ exo หรือไม่ - หรือดูดความร้อน และยังวัดขนาดของผลกระทบทางความร้อนได้ด้วย

ก) CH 4 (g) + 2 O 2 (g) = CO 2 (g) + 2 H 2 O (l) + 890 kJ

b) C(ทีวี) + O 2 (g) = CO 2 (g) + 394 kJ

ค) 2 H 2 (g) + O 2 (g) = 2 H 2 O (l) + 572 กิโลจูล

CH 4 (ก.) - C (ทีวี) - 2 H 2 (ก.) = (890 - 394 - 572) กิโลจูล = -76 กิโลจูล

C(tv) + 2 H 2 (g) = CH 4 (g) + 76 kJ/mol

1.2. กฎพื้นฐานของอุณหเคมี

· สาขาวิชาเคมีที่ศึกษาการเปลี่ยนแปลงของพลังงานในปฏิกิริยาเคมีเรียกว่าเทอร์โมเคมี

· ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาไปข้างหน้าจะเท่ากับผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาย้อนกลับที่มีเครื่องหมายตรงกันข้ามเสมอ

2 H 2 (g) + O 2 (g) 2 H 2 O (l) + 572 kJ (การเผาไหม้ของไฮโดรเจนในออกซิเจน)

2 H 2 O (l) + 572 kJ = 2 H 2 (g) + O 2 (g) (การสลายตัวของน้ำด้วยกระแสไฟฟ้า)

กฎของลาวัวซิเยร์-ลาปลาซเป็นผลมาจากกฎการอนุรักษ์พลังงาน

· ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับสถานะเริ่มต้นและขั้นสุดท้ายของสารเท่านั้น และไม่ขึ้นอยู่กับขั้นตอนระหว่างกลางของกระบวนการ

2. การประยุกต์ใช้ผลกระทบทางความร้อนในทางปฏิบัติ

หากไม่ได้รับความช่วยเหลือจากผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาการก่อตัวของน้ำจากไฮโดรเจนและออกซิเจนสิ่งนี้เป็นเรื่องยากที่จะทำ ท้ายที่สุดแล้ว ผลกระทบจากความร้อนคือพลังงานที่ควรส่งจรวดขึ้นสู่วงโคจร ในห้องเผาไหม้ของจรวด ความร้อนนี้จะถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์ของโมเลกุลของก๊าซร้อน (ไอน้ำ) ซึ่งเล็ดลอดออกมาจากหัวฉีดและสร้างแรงขับของไอพ่น

นักโภชนาการใช้ผลกระทบจากความร้อนของการเกิดออกซิเดชันของอาหารในร่างกายเพื่อสร้างอาหารที่เหมาะสมไม่เพียงแต่สำหรับผู้ป่วยเท่านั้น แต่ยังสำหรับคนที่มีสุขภาพแข็งแรงด้วย เช่น นักกีฬา คนทำงานในสาขาอาชีพต่างๆ ตามเนื้อผ้า การคำนวณที่นี่ไม่ได้ใช้จูล แต่เป็นหน่วยพลังงานอื่นๆ - แคลอรี่ (1 cal = 4.1868 J) ปริมาณพลังงานของอาหารหมายถึงมวลของผลิตภัณฑ์อาหาร: 1 กรัม 100 กรัม หรือแม้แต่บรรจุภัณฑ์มาตรฐานของผลิตภัณฑ์ ตัวอย่างเช่น บนฉลากขวดนมข้น คุณสามารถอ่านข้อความต่อไปนี้: “ปริมาณแคลอรี่ 320 กิโลแคลอรี/100 กรัม”

2.1. สารเคลือบทนความร้อน

การพัฒนาเทคโนโลยีอุณหภูมิสูงจำเป็นต้องสร้างวัสดุทนความร้อนเป็นพิเศษ ปัญหานี้สามารถแก้ไขได้โดยใช้โลหะทนไฟและทนความร้อน การเคลือบอินเตอร์เมทัลลิกดึงดูดความสนใจเพิ่มขึ้นเนื่องจากมีคุณสมบัติที่มีคุณค่ามากมาย: ความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชัน การหลอมละลายที่รุนแรง ความต้านทานความร้อน ฯลฯ สิ่งที่น่าสนใจก็คือภาวะคายความร้อนที่สำคัญของการก่อตัวของสารประกอบเหล่านี้จากองค์ประกอบที่เป็นส่วนประกอบ มีสองวิธีที่เป็นไปได้ในการใช้คายความร้อนของปฏิกิริยาการก่อตัวของสารประกอบระหว่างโลหะ ประการแรกคือการผลิตผงคอมโพสิตสองชั้น เมื่อถูกความร้อน ส่วนประกอบของผงจะมีปฏิกิริยาโต้ตอบ และความร้อนของปฏิกิริยาคายความร้อนจะชดเชยการระบายความร้อนของอนุภาค ไปถึงพื้นผิวที่ได้รับการป้องกันในสถานะหลอมเหลวโดยสมบูรณ์ และก่อตัวเป็นชั้นเคลือบที่มีรูพรุนต่ำซึ่งยึดติดกับฐานอย่างแน่นหนา อีกทางเลือกหนึ่งคือการใช้ส่วนผสมเชิงกลของผง เมื่ออนุภาคได้รับความร้อนเพียงพอ อนุภาคจะมีปฏิกิริยาโต้ตอบในชั้นเคลือบแล้ว หากขนาดของผลกระทบจากความร้อนมีความสำคัญ สิ่งนี้สามารถนำไปสู่การหลอมละลายของชั้นเคลือบได้เอง การก่อตัวของชั้นการแพร่กระจายระดับกลางที่เพิ่มความแข็งแรงในการยึดเกาะ และได้โครงสร้างการเคลือบที่มีความหนาแน่นและมีรูพรุนต่ำ เมื่อเลือกองค์ประกอบที่ก่อให้เกิดการเคลือบระหว่างโลหะซึ่งมีผลกระทบทางความร้อนสูงและมีคุณสมบัติที่มีคุณค่ามากมาย - ความต้านทานการกัดกร่อน, ความต้านทานความร้อนที่เพียงพอและความต้านทานการสึกหรอ, นิกเกิลอลูมิไนด์โดยเฉพาะ NiAl และ Ni 3 Al ดึงดูดความสนใจ การก่อตัวของ NiAl มาพร้อมกับผลกระทบด้านความร้อนสูงสุด

2.2. วิธีเทอร์โมเคมีของการแปรรูปเพชร

2.3. วัตถุดิบทางเทคนิคสำหรับการผลิตปูนซีเมนต์

เมื่อแปรรูปแร่สคาน-แมกเนไทต์ หางแร่จากการแยกด้วยแม่เหล็กแห้ง (DMS) จะถูกปล่อยออกมา ซึ่งเป็นวัสดุหินบดที่มีขนาดเกรนสูงถึง 25 มม. หางแร่ SMS มีองค์ประกอบทางเคมีที่ค่อนข้างคงที่ โดยน้ำหนัก%: SiO 2 40...45, Al 2 O 3 10...12, Fe 2 O 3 15...17, CaO 12...13, MgO 5 ...6, ส 2...3, ร 2 โอ 2…4. ความเป็นไปได้ของการใช้หางแร่ SMS ในการผลิตปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ได้รับการพิสูจน์แล้ว ซีเมนต์ที่ได้นั้นมีคุณสมบัติความแข็งแรงสูง

การขยายฐานวัตถุดิบเนื่องจากแหล่งที่มนุษย์สร้างขึ้น

ประหยัดวัตถุดิบจากธรรมชาติในขณะที่รักษาคุณภาพปูนซีเมนต์

การลดต้นทุนเชื้อเพลิงและพลังงานสำหรับการเผาปูนเม็ด

ความเป็นไปได้ในการผลิตเม็ดสีพื้นฐานต่ำที่ใช้พลังงานต่ำ

2.4. ไบโอเซนเซอร์

ไบโอเซนเซอร์เป็นเซ็นเซอร์ที่ใช้เอนไซม์ตรึง ช่วยให้คุณวิเคราะห์ส่วนผสมของสารที่ซับซ้อนและมีหลายองค์ประกอบได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ ปัจจุบันมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาวิทยาศาสตร์ อุตสาหกรรม เกษตรกรรม และการดูแลสุขภาพมากขึ้น พื้นฐานสำหรับการสร้างระบบวิเคราะห์เอนไซม์อัตโนมัติคือความก้าวหน้าล่าสุดในด้านเอนไซม์และเอนไซม์วิทยาทางวิศวกรรม คุณสมบัติเฉพาะของเอนไซม์ - ความจำเพาะของการออกฤทธิ์และกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาสูง - ช่วยให้วิธีวิเคราะห์นี้ง่ายและมีความไวสูง และเอนไซม์จำนวนมากที่รู้จักและศึกษามาจนถึงปัจจุบันทำให้สามารถขยายรายการสารที่วิเคราะห์ได้อย่างต่อเนื่อง

บทสรุป.

ดังนั้น หลังจากวิเคราะห์การประยุกต์ใช้ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเคมีในทางปฏิบัติแล้ว เราก็สามารถสรุปได้ว่า: ผลกระทบทางความร้อนมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับชีวิตประจำวันของเรา โดยมีการศึกษาอยู่ตลอดเวลาและกำลังค้นหาการใช้งานใหม่ๆ ในทางปฏิบัติ

บรรณานุกรม

1. มูซาเบคอฟ ยู. S. , Marcelin Berthelot, M. , 1965; Centenaire de Marcelin Berthelot, 1827-1927, P. , 1929.

2. สิทธิบัตร 852586 สหพันธรัฐรัสเซีย เอ็มเคไอ วี 28 ดี 5/00. วิธีการประมวลผลมิติของเพชร / A.P.Grigoriev, S.H.Lifshits, P.P.Shamaev (สหพันธรัฐรัสเซีย) - 2 วิ

3. คลาสเซ่น วี.เค. . ความสมดุลของวัสดุ การคำนวณทางวิศวกรรมความร้อนของหน่วยความร้อน – เบลโกรอด: BTISM, 1978. –114 หน้า

4. Peregudov V.V., Rogovoy M.I. กระบวนการทางความร้อนและการติดตั้งในเทคโนโลยีผลิตภัณฑ์และชิ้นส่วนก่อสร้าง – M.: Stroyizdat, 1983.-416 p.

5. อีเมล: [ป้องกันอีเมล]

6. "เทคโนโลยีชีวภาพ" (http://www.ictc.ru/R_42.htm)

7. ส.ดี. Varfolomeev, Yu. M. Evdokimov, M.A. ออสตรอฟสกี้ "แถลงการณ์ของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งรัสเซีย"

กระบวนการทางเคมีใด ๆ รวมถึงการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพของสาร (การระเหย การควบแน่น การหลอม การแปลงโพลีมอร์ฟิก ฯลฯ) มักจะมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงพลังงานสำรองภายในของระบบเสมอ อุณหเคมี เป็นสาขาวิชาเคมีที่ศึกษาการเปลี่ยนแปลงปริมาณความร้อนในระหว่างกระบวนการ หนึ่งในผู้ก่อตั้งเทอร์โมเคมีคือนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย G. I. Hess

ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเคมีคือความร้อนที่ถูกปล่อยออกมาหรือถูกดูดซับระหว่างปฏิกิริยาเคมี ผลกระทบทางความร้อนมาตรฐานของปฏิกิริยาเคมี คือความร้อนที่ถูกปล่อยออกมาหรือถูกดูดซับระหว่างปฏิกิริยาเคมีภายใต้สภาวะมาตรฐาน กระบวนการทางเคมีทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม: คายความร้อนและดูดความร้อน

คายความร้อน- สิ่งเหล่านี้คือปฏิกิริยาที่ความร้อนถูกปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อม. ในกรณีนี้พลังงานสำรองภายในของสารตั้งต้น (U 1) มากกว่าพลังงานของผลิตภัณฑ์ผลลัพธ์ (U 2) ดังนั้น ∆U< 0, а это приводит к образованию термодинамически устойчивых веществ.

ดูดความร้อนเหล่านี้เป็นปฏิกิริยาที่ความร้อนถูกดูดซับจากสิ่งแวดล้อม ในกรณีนี้พลังงานสำรองภายในของสารตั้งต้น (U 1) น้อยกว่าพลังงานที่ผลิตได้ (U 2) ผลที่ตามมาคือ ∆U > 0 และสิ่งนี้นำไปสู่การก่อตัวของสารที่ไม่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์ ในทางอุณหพลศาสตร์ต่างจากอุณหพลศาสตร์ตรงที่ความร้อนที่ปล่อยออกมาจะถือว่าเป็นค่าบวก และความร้อนที่ดูดซับจะถือว่าเป็นค่าลบ ความร้อนในอุณหเคมีแสดงด้วย Q หน่วยความร้อนคือ J/mol หรือ kJ/mol ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขของกระบวนการ ผลกระทบทางความร้อนของไอโซคอริกและไอโซบาริกจะแตกต่างกัน

ไอโซคอริก (QV)ผลกระทบทางความร้อนคือปริมาณความร้อนที่ถูกปล่อยออกมาหรือดูดซับในระหว่างนั้น กระบวนการนี้ที่ปริมาตรคงที่ (V = const) และความเท่าเทียมกันของอุณหภูมิของสถานะสุดท้ายและสถานะเริ่มต้น (T 1 = T 2)

ไอโซบาริก (Q p)ผลกระทบทางความร้อนคือปริมาณความร้อนที่ถูกปล่อยออกมาหรือดูดซับในระหว่างกระบวนการที่กำหนดที่ความดันคงที่ (p = const) และอุณหภูมิที่เท่ากันของสถานะสุดท้ายและสถานะเริ่มต้น (T 1 = T 2)

สำหรับระบบของเหลวและของแข็ง การเปลี่ยนแปลงปริมาตรมีน้อยและสามารถสันนิษฐานได้ว่า Q p » Q V . สำหรับระบบแก๊ส

Q р = QV – ∆nRT, (4.3)

โดยที่ ∆n คือการเปลี่ยนแปลงจำนวนโมลของผู้เข้าร่วมปฏิกิริยาก๊าซ

∆n = และต่อ ปฏิกิริยา – อ้างอิงถึง สาร (4.4)

ในทุกกรณี การแปลงส่วนหนึ่งของพลังงานภายใน (เคมี) เป็นความร้อน (หรือประเภทอื่น ๆ ) และในทางกลับกัน ความร้อนเป็นเคมี เกิดขึ้นตามกฎหมายการอนุรักษ์พลังงานและกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์อย่างเคร่งครัด

ในทางอุณหเคมีเป็นเรื่องปกติที่จะใช้ สมการอุณหเคมี เหล่านี้คือสมการของปฏิกิริยาเคมี โดยที่สารตั้งต้นจะได้รับทางด้านซ้ายของสมการ และผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาบวก (หรือลบ) ผลกระทบทางความร้อนจะแสดงทางด้านขวา และสถานะการรวมตัวของสารและพวกมัน มีการแสดงรูปแบบผลึกด้วย ตัวอย่างเช่น,

C กราไฟท์ + O 2 = CO 2 (g) + 393.77 kJ

H 2 + 1/2O 2 = H 2 O (ลิตร) + 289.95 กิโลจูล

C (เพชร) + 2S (เพชร) = CS 2 (ก.) – 87.9 กิโลจูล

ด้วยสมการอุณหเคมี คุณสามารถดำเนินการพีชคณิตทั้งหมดได้ เช่น การบวก การลบ การคูณ เงื่อนไขการถ่ายโอน ฯลฯ

ผลกระทบทางความร้อนของกระบวนการทางเคมีและกายภาพหลายอย่างถูกกำหนดโดยการทดลอง (แคลอรี่) หรือคำนวณทางทฤษฎีโดยใช้ค่าความร้อนของการก่อตัว (การสลายตัว) และความร้อนจากการเผาไหม้ของสารประกอบเคมีบางชนิด

ความร้อนของการก่อตัวของสารประกอบที่กำหนดคือปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาหรือถูกดูดซับเมื่อมี 1 โมลเกิดขึ้นจากสารอย่างง่ายในหน่วย kJ ความร้อนที่เกิดจากการก่อตัวของสารธรรมดาที่อยู่ในสถานะเสถียรภายใต้สภาวะมาตรฐานจะถือเป็นศูนย์ ในการเกิดปฏิกิริยา

K (ทีวี) + 1/2Cl (g) = KS1 (ทีวี) + 442.13 กิโลจูล

C (ทีวี) + 1/2H 2 (ก) + 1/2N (ก) = HCN (ก) – 125.60 กิโลจูล

ผลกระทบทางความร้อนของ 442.13 kJ และ -125.60 kJ คือความร้อนของการก่อตัวของ KCl และ HCN ตามลำดับ ความร้อนจากการสลายตัว การเชื่อมต่อที่ระบุเปิดอยู่ สารง่ายๆตามกฎการอนุรักษ์พลังงานมีค่าสัมบูรณ์เท่ากัน แต่ตรงกันข้ามกับเครื่องหมายคือ สำหรับ KCl ความร้อนของการสลายตัวคือ -442.13 kJ และสำหรับ HCN คือ +125.60 kJ

ยิ่งความร้อนถูกปล่อยออกมาในระหว่างการก่อตัวของสารประกอบมากเท่าไร ความร้อนก็จะยิ่งถูกใช้ไปกับการสลายตัวมากขึ้นเท่านั้น และสารประกอบที่ได้รับก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้นภายใต้สภาวะปกติ สารที่มีความคงตัวทางเคมีและทนทาน ได้แก่ SiO 2, A1 2 O 3, P 2 O 5, KCl, NaCl เป็นต้น สารที่เกิดจากการดูดซับความร้อนจะไม่เสถียร (เช่น NO, CS 2, C 2 H 2, HCN และวัตถุระเบิดทั้งหมด) ความร้อนของการก่อตัว สารประกอบอินทรีย์ไม่สามารถระบุได้จากการทดลอง คำนวณตามทฤษฎีตามค่าความร้อนจากการเผาไหม้ของสารประกอบเหล่านี้ที่พบในการทดลอง

ความร้อนจากการเผาไหม้คือความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างการเผาไหม้สาร 1 โมลในกระแสออกซิเจนโดยสมบูรณ์ ความร้อนของการเผาไหม้ถูกกำหนดในการติดตั้งแคลอรี่ส่วนหลัก ได้แก่ ถังออกซิเจน ระเบิดแคลอรี่ เครื่องวัดความร้อนที่มีปริมาณน้ำที่ชั่งน้ำหนักและเครื่องกวน และอุปกรณ์จุดระเบิดไฟฟ้า

ขนาดของผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเคมีขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย: ธรรมชาติของสารที่ทำปฏิกิริยา สถานะของการรวมตัวของสารเริ่มต้นและสารสุดท้าย สภาวะของปฏิกิริยา (อุณหภูมิ ความดัน ปริมาตรของระบบ ความเข้มข้น)

(หน้านี้จัดทำขึ้นโดยใช้สื่อจากเว็บไซต์http://www.hemi.nsu.ru/ucheb211.htm )

พลังงานของสารประกอบเคมีมีความเข้มข้นในพันธะเคมีเป็นหลัก จะต้องทำลายพันธะระหว่างสองอะตอม ใช้พลังงาน. เมื่อเกิดพันธะเคมี พลังงานจะถูกปล่อยออกมา

อะตอมจะไม่เชื่อมต่อถึงกันหากสิ่งนี้ไม่ได้นำไปสู่การ "ได้รับ" (นั่นคือ การปล่อย) ของพลังงาน การได้รับนี้อาจมากหรือน้อย แต่แน่นอนว่าจะเกิดขึ้นได้เมื่อโมเลกุลถูกสร้างขึ้นจากอะตอม

อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาทางเคมีในระหว่างการก่อตัวของพันธะใหม่ เมื่อพลังงานถูกปล่อยออกมามากกว่าที่จำเป็นในการทำลายพันธะ "เก่า" ในสารตั้งต้น พลังงานส่วนเกินจะถูกปล่อยออกมาในรูปของความร้อน ตัวอย่างคือปฏิกิริยาการเผาไหม้ ตัวอย่างเช่น ก๊าซธรรมชาติ (มีเทน CH 4) เผาไหม้ในออกซิเจนในอากาศ และปล่อยความร้อนจำนวนมากออกมา

ปฏิกิริยาอาจเกิดขึ้นได้แม้กระทั่งการระเบิด - การเปลี่ยนแปลงครั้งนี้มีพลังงานมากมาย ปฏิกิริยาดังกล่าวเรียกว่า คายความร้อน จากภาษาละติน "exo" - ภายนอก (หมายถึงพลังงานที่ปล่อยออกมา)

ในกรณีอื่นๆ การทำลายพันธะในสารเดิมต้องใช้พลังงานมากกว่าที่จะปล่อยออกมาได้ในระหว่างการก่อตัวของพันธะใหม่ ปฏิกิริยาดังกล่าวจะเกิดขึ้นเฉพาะเมื่อมีการจ่ายพลังงานจากภายนอกและถูกเรียกเท่านั้น ดูดความร้อน (จากภาษาละติน "endo" - ภายใน) ตัวอย่างคือการก่อตัวของคาร์บอนมอนอกไซด์ (II) CO และไฮโดรเจน H2 จากถ่านหินและน้ำซึ่งเกิดขึ้นเมื่อถูกความร้อนเท่านั้น

การแสดงภาพปฏิกิริยาเคมีโดยใช้แบบจำลองโมเลกุล: ก) ปฏิกิริยาคายความร้อน ข) ปฏิกิริยาดูดความร้อน แบบจำลองแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าพันธะเคมีเก่าจะถูกทำลายและพันธะเคมีใหม่เกิดขึ้นได้อย่างไร โดยมีจำนวนอะตอมคงที่ระหว่างอะตอมเหล่านั้น

ดังนั้นปฏิกิริยาเคมีใด ๆ จะมาพร้อมกับการปล่อยหรือการดูดซึมพลังงาน ส่วนใหญ่แล้วพลังงานจะถูกปล่อยออกมาหรือดูดซับในรูปของความร้อน (มักน้อยกว่าในรูปของแสงหรือพลังงานกล) ความร้อนนี้สามารถวัดได้ ผลการวัดจะแสดงเป็นกิโลจูล (kJ) สำหรับสารตั้งต้นหนึ่งโมล หรือ (น้อยกว่าปกติ) สำหรับผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาหนึ่งโมล ปริมาณนี้เรียกว่า ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยา . ตัวอย่างเช่น ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาการเผาไหม้ของไฮโดรเจนในออกซิเจนสามารถแสดงได้ด้วยสมการใดๆ จากสองสมการ:

2 H 2 (ก.) + O 2 (ก.) = 2 H 2 O (ล.) + 572 กิโลจูล

หรือ

H 2 (ก.) + 1/2 O 2 (ก.) = H 2 O (ล.) + 286 กิโลจูล

สมการทั้งสองมีความถูกต้องเท่าเทียมกัน และทั้งสองสมการแสดงผลทางความร้อนของปฏิกิริยาคายความร้อนของการก่อตัวของน้ำจากไฮโดรเจนและออกซิเจน ตัวแรกคือต่อออกซิเจน 1 โมลที่ใช้ และตัวที่สองคือต่อไฮโดรเจนที่ถูกเผา 1 โมลหรือน้ำที่เกิดขึ้น 1 โมล

นอกจากนี้ยังใช้กรณีพิเศษของผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยา - ความร้อนจากการเผาไหม้ จากชื่อเป็นที่ชัดเจนว่าความร้อนจากการเผาไหม้ทำหน้าที่กำหนดลักษณะของสารที่ใช้เป็นเชื้อเพลิง ความร้อนจากการเผาไหม้หมายถึง 1 โมลของสารที่เป็นเชื้อเพลิง (ตัวรีดิวซ์ในปฏิกิริยาออกซิเดชัน) ตัวอย่างเช่น:

C 2 H 2 +2.5 O 2 =2 CO 2 + H 2 O + 1300 กิโลจูล

อะเซทิลีน ความร้อนจากการเผาไหม้ของอะเซทิลีน

พลังงาน (E) ที่เก็บไว้ในโมเลกุลสามารถพล็อตตามระดับพลังงานได้ ในกรณีนี้ ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยา (ΔE) สามารถแสดงเป็นภาพกราฟิกได้

การแสดงผลกระทบทางความร้อนแบบกราฟิก: ก) ปฏิกิริยาคายความร้อนของการเผาไหม้ไฮโดรเจน; b) ปฏิกิริยาดูดความร้อนของการสลายตัวของน้ำภายใต้อิทธิพลของกระแสไฟฟ้า พิกัดปฏิกิริยา (แกนนอนของกราฟ) สามารถพิจารณาได้ เช่น ระดับของการแปลงสาร (100% คือการแปลงที่สมบูรณ์ของสารเริ่มต้น)

สมการของปฏิกิริยาเคมีซึ่งเรียกว่าผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาพร้อมกับรีเอเจนต์และผลิตภัณฑ์ สมการอุณหเคมี .

ค + 2H 2 = CH 4

ก) CH 4 (ก.) + 2O 2 (ก.) = CO 2 (ก.) + 2H 2 O (ล.) + 890 กิโลจูล

b) C (ทีวี) + O 2 (g) = CO 2 (g) + 394 kJ

ค) 2H 2 (ก) + O2 (ก) = 2H 2 O (ล) + 572 กิโลจูล

CH 4 (ก.) - C (ทีวี) - 2H 2 (ก.) = (890 - 394 - 572) กิโลจูล = -76 กิโลจูล

C (tv) + 2H 2 (g) = CH 4 (g) + 76 กิโลจูล/โมล

กฎพื้นฐานของอุณหเคมี

สาขาวิชาเคมีที่ศึกษาการเปลี่ยนแปลงของพลังงานในปฏิกิริยาเคมีเรียกว่า อุณหเคมี .

มีกฎที่สำคัญที่สุดสองข้อของอุณหเคมี ประการแรกคือกฎหมาย ลาวัวซิเยร์-ลาปลาซ มีการกำหนดไว้ดังนี้:

2H 2 (g) + O 2 (g) = 2H 2 O (l) + 572 kJ (การเผาไหม้ของไฮโดรเจนในออกซิเจน)

2 H 2 O (l) + 572 kJ = 2H 2 (g) + O 2 (g) (การสลายตัวของน้ำด้วยกระแสไฟฟ้า)

กฎของลาวัวซิเยร์-ลาปลาซเป็นผลมาจากกฎการอนุรักษ์พลังงาน

กฎข้อที่สองของอุณหเคมีถูกกำหนดขึ้นในปี พ.ศ. 2383 โดยนักวิชาการชาวรัสเซีย จี ไอ เกสซัม:

การประยุกต์ใช้ผลกระทบทางความร้อนในทางปฏิบัติ

หากไม่ได้รับความช่วยเหลือจากผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาการก่อตัวของน้ำจากไฮโดรเจนและออกซิเจนสิ่งนี้เป็นเรื่องยากที่จะทำ ท้ายที่สุดแล้ว ผลกระทบจากความร้อนคือพลังงานที่ควรส่งจรวดขึ้นสู่วงโคจร ในห้องเผาไหม้ของจรวด ความร้อนนี้จะถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์ของโมเลกุลของก๊าซร้อน (ไอน้ำ) ซึ่งเล็ดลอดออกมาจากหัวฉีดและสร้างแรงขับของไอพ่น

นักโภชนาการใช้ผลกระทบจากความร้อนของการเกิดออกซิเดชันของอาหารในร่างกายเพื่อสร้างอาหารที่เหมาะสมไม่เพียงแต่สำหรับผู้ป่วยเท่านั้น แต่ยังสำหรับคนที่มีสุขภาพแข็งแรงด้วย เช่น นักกีฬา คนทำงานในสาขาอาชีพต่างๆ ตามเนื้อผ้า การคำนวณที่นี่ไม่ได้ใช้จูล แต่เป็นหน่วยพลังงานอื่นๆ - แคลอรี่ (1 cal = 4.1868 J) ปริมาณพลังงานของอาหารหมายถึงมวลของผลิตภัณฑ์อาหาร: 1 กรัม 100 กรัม หรือแม้แต่บรรจุภัณฑ์มาตรฐานของผลิตภัณฑ์ ตัวอย่างเช่นบนฉลากกระป๋องนมข้นคุณสามารถอ่านคำจารึกต่อไปนี้:

"ปริมาณแคลอรี่ 320 กิโลแคลอรี/100 กรัม"