Kemi och energi Exoterma och endoterma reaktioner
Energiprincipen Energi kan inte skapas eller förstöras bara omvandlas mellan olika energiformer (energiprincipen) Ex på energiformer: strålningsenergi värmeenergi kemiskenergi elektriskenergi (rörelse hos partiklar) (energiinnehåll i bindningar) (rörelse hos elektroner) Enheter: Joule (J) Kalorier (cal)
Vid alla kemiska reaktioner sker energiförändringar 1. Energi frigörs (Exoterma reaktioner) Ex. förbränning av kol C + O CO + värme 2. Energi tas upp (Endoterma reaktioner) Ex. is som smälter H 2 O(s) + värme H 2 O (l)
Varifrån kommer energin? Var tar energin vägen? Bindningarna! För att bryta en bindning - energi måste tillföras När en bindning bildas frigörs energi
Kopparsulfat /kristallvatten
Nytt begrepp: Entalpi - den energi som finns lagrad i ett ämne (energiinnehållet) Entalpi (H) enhet: kj/mol H = förändringen av entalpin (energiinnehållet) i en reaktion H= H produkt - H reaktant H 0 exoterm reaktion (energi frigörs, värme ) H 0 endoterm reaktion (energi upptas, värme)
Energidiagram (exoterm reaktion) C + O 2 CO 2 + värme energiinnehåll H= H produkt - H reaktant ; H 0
Energidiagram (Endoterm reaktion) energiinnehåll H= H produkt - H reaktant ; H 0
Avges eller upptas energi (värme)? 2H 2 + O 2 2H 2 O Bindningsenergi Bindningsenergier kj/mol Bindning H-H 436 H-O 464 O=O 498 2H 2 + O 2 2H 2 O + värme exoterm reaktion (Anta : 2 mol H 2, 1mol O 2 ) Bindningar som bryts: 2 st H-H 2 x 436 kj 872kJ 1 st O=O 1x 498 kj 498kJ Energi som krävs: -1370kJ Bindningar som bildas: 2 st H-O-H ger 4 st H-O: 4 st H-O 4 x 464 kj 1856kJ Energi som frigörs: +1856kJ Totalt: 1856kJ 1370kJ = 489 kj frigörs som värme
Läs boken sid 186-195 (kap11) (läxa!?) Uppgifter: a) 1101-1102, 1104-1105,1110a b) 1103, 1109, 1110b-1112 - - - - - - - - - - c) 1116, 1118, 1119 d) T111, T114 Bindningsenergier se tabell 9:2 s152
Varför sker kemiska reaktioner? Det finns två drivkraften bakom reaktioner: 1. Materia strävar efter ett så lågt energiinnehåll som möjligt strävan efter så låg entalpi (H) som möjligt Entalpi (H) värmeinnehåll 2. Materia strävar efter ökad oordning strävan efter så hög entropi (S) som möjligt Entropi (S) - grad av oordning
Entropi (S) (kj/k. mol) Entropi (S) är ett mått på oordningen Oordningen i betydelsen utspridning av värme vilket ofta är det samma som utspridning av ämnespartiklar Vid den absoluta nollpunkten (-273 C) är entropin 0. (atomer är helt stilla) Naturen strävar efter ökad oordning (naturlag- termodynamikens 2:a lag) Ex värme sprids, universum utvidgas, allt sprider sig naturligt, tex diffusion) Entropin kan öka eller minska i ett system som utväxlar värme med sin omgivning. För system och omgivning tillsammans gäller alltid att entropin ökar Universums entropi ökar vid utspridning av värme d v s ständigt
Diffusion Ett ämne sprider sig naturligt från ett område med hög koncentration mot ett område med låg koncentration. (entropin, oordningen, ökar i systemet)
Entropi (S) Låg entropi (liten oordning) Hög entropi (stor oordning) Reaktion åt höger (spontan), oordningen ökar ΔS = S efter - S före ΔS > 0 Reaktion åt vänster (kräver arbete/energi), ordningen ökar ΔS = S efter -S före ΔS < 0
Vilket har högst entropi? ett stenblock föräldrars sovrum is salt sand ditt sovrum vatten saltvatten
Spontana reaktioner - reaktionen sker utan att energi måste tillföras Exoterma reaktioner är spontana. (Efter att reaktionen har startat alla reaktioner behöver startenergi så kallad aktiveringsenergi) Värme frigörs (produkten har lägre energiinnehåll) Tex C + O 2 CO 2 + värme Kan endoterma reaktioner vara spontana?
Varför smälter is spontant? Reaktionen är ju endoterm (det krävs energi för att bryta vätebindningar mellan molekylerna) H 2 O(s) + värme H 2 O (l)
forts. varför smälter is spontant? Entropin ökar (ökad oordning)! H 2 O (s) - mer ordning på vattenmolekylerna (kristall) H 2 O (l) större oordning, högre entropi Alla spontana endoterma reaktioner har en entropiökning (ökad oordning efter reaktionen)
Samband mellan entalpi och entropi Hur entalpin och entropin samverkar kan beskrivas med Gibbs fria energi (G): G = H - T S T = temperatur Om G < 0 sker reaktionen spontant G > 0 sker reaktionen endast om energi tillförs.
Spontana reaktioner Ngt brinner upp Tex. när ngt stelnar Tex.när ngt smälter
Energidiagram (Endoterm reaktion) H= H produkt - H reaktant ; H 0
Läs boken sid 186-195 (kap11) (läxa!?) Uppgifter: a) 1101-1102, 1104-1105,1110a b) 1103, 1109, 1110b-1112 - - - - - - - - - - c) 1116, 1118, 1119 d) T111, T114 Bindningsenergier se tabell 9:2 s152