Energija - hemija.mehemija.me/wp-content/uploads/2018/10/hemijska-termodinamika.pdf · energija se pretvara u kinetičku. HEMIJSKA TERMODINAMIKA MEDICINSKA BIOHEMIJA SA HEMIJOM

HEMIJSKA TERMODINAMIKA

Energija

MEDICINSKA BIOHEMIJA SA HEMIJOM (OPŠTI I NEORGANSKI DIO) MEDICINA

Sistem i okruženje

• Proučavajući reakciju unutar cilindra:

• 2H2(g) +O2->2H2O(g)+toplota

• Sistem uključuje molekule koje posmatramo (H2 i O2), reaktante i produkte.

• Okruženje je sve ostalo (cilindar, klip).



Energija

• Sposobnost da se izvrši rad ili prenese toplota.

– Rad: prenos E iz jednog sistema u drugi, djelovanjem sile.

– Toplota: prenos E usled razlike u temperaturi između sistema i

okoline.



Rad

• Energija potrebna da se objekat pomjeri duž neke distance.

w = F d,



Toplota

• Toplota se prenosi sa toplijih na hladnije predmete

• Neuređen oblik predaje energije

• Predajom energije u obliku toplote, haotičnost kretanja u sistemu se povećava



Potencijalna energija

– Energija hemijskih veza

– Energija atomskih jezgara



Kinetička energija

– Energija kretanja molekula (translacionu, rotacionu i vibracionu)



Jedinica energije

• SI jedinica za energiju je: džul (J).

• Starija jdinica koj je još uvijek često u upotrebi je: kalorija (cal).

1 cal = 4.184 J

1 J = 1 kg m2

s2



Prelazak energije

a) Kada se ova glinena loptica pomjera sa zemlje ka vrhu zida, povećava se njena potencijalna energija



Prelazak energije


b) Kada loptica pada, njena potencijalna energija se pretvara u kinetičku.



Prelazak energije


b) Kada loptica pada, njena potencijalna energija se pretvara u kinetičku.

c) Kada padne na zemlju, kinetička energija je nula (pošto se više ne pomjera); jedan dio energije ostaje vezan za lopticu, ostatak se raspršuj kao toplota.



• Energija ne može biti uništena ni stvorena.

• Ukupna energija sistema i njegove okoline je konstantna, pri čemu energija može da prelazi iz jednog oblika u drugi.

Use Fig. 5.5



Prvi zakon termodinamike

• Promjena unutrašnje energije sistema je jednaka:

E = Ekrajnje − Epočetno

Use Fig. 5.5



Ukupna energija

• Ako je

E > 0, Ekrajnje > Epočetno

– U tom slučaju sistem apsorbuje

energiju od okruženja.

– Te energetske promjene su endotermne.

HEMIJSKA TERMODINAMIKA Promjena unutrašnje energije


• Ako je

E < 0, Ekrajnje < Epočetno

– U tom slučaju sistem oslobađa

energiju u okruženje.

– Te energetske promjene su egzotermne.



• Kada sistem prolazi kroz fizičku ili hemijsku promjenu, E jednaka je toplotnoj energiji koju sistem otpušta ili prima plus rad koji sistem vrši ili se vrši nad sistemom.

E = q + w.



E, q, w, i njihovi predznaci


Za q + znači sistem prima toplotu - znači sistem gubi toplotu

Za w + rad koji sistem prima - rad koji sistem vrši

Za ∆E + znači sistem apsorbuje energiju - znači sistem oslobađa energiju


• Kada sistem apsorbuje toplotu iz okruženja, proces je

endoterman.

HEMIJSKA TERMODINAMIKA Razmjena toplote između sistema i okruženja


• Kada sistem apsorbuje toplotu iz okruženja, proces je

endoterman.

• Kada sistem oslobađa toplotu u okruženje, proces je

egzoterman

HEMIJSKA TERMODINAMIKA Razmjena toplote između sistema i okruženja


• Stalan pritisak izobarni.

• Stalna zapremina izohorni

• Stalna temperatura izotermni



• Količina razmijenjene toplotne energije pri P=const

HEMIJSKA TERMODINAMIKA entalpija


H = E + PV

• Kada se sistem mijenja pri konstantnom pritisku, H, je

H = (E + PV)

• Ili možemo pisati

H = E + PV



• Pošto je E = q + w i w = −PV, promjenu entalpije

možemo izraziti:

H = E + PV

H = (q+w) − w

H = q

• Dakle, pri konstantnom pritisku, promjena entalpije je apsorbovana ili

oslobođena toplota.



• Endoterman proces, H je pozitivna.



• Endoterman proces, H je pozitivna.

• Egzoterman proces, H je negativna.





promjena entalpije, H, je entalpija produkata minus entalpija reaktanata:

H = Hprodukata − Hreaktanata



Kalorimetar

Mjerenje promjene termalne energije u jednom

izolovanom sistemu

HEMIJSKA TERMODINAMIKA Entalpija reakcije


a A + b B → c C + d D

o o o

r

o o o o o

r

o o o o o

r f f f f

= (produkti) (reaktanti)

= (C) + (D) (A) + (B)

= (C) + (D) (A) + (B)

H H H

H cH dH aH bH

H c H d H a H b H

o

f H→ − standardna entalpija stvaranja

HEMIJSKA TERMODINAMIKA Entalpija reakcije


o

f H→ − standardna entalpija stvaranja


• Izračunaj standardnu reakcijsku entalpiju (ΔrH°) sagorijevanja etanola, koristeći odgovarajuće tablične vrijednosti standardnih entalpija stvaranja, pri 25 °C.

2 5 2 2 23 2 3C H OH(l) + O(g) CO(g) + H O(l),


• Izračunaj standardnu reakcijsku entalpiju (ΔrH°) sagorijevanja etanola, koristeći odgovarajuće tablične vrijednosti standardnih entalpija stvaranja, pri 25 °C.

2 5 2 2 23 2 3C H OH(l) + O(g) CO(g) + H O(l),

Ukupan toplotni efekat hemijkoj procesa ne zavisi od puta kojim se proces odvija, već od početnog i krajnjeg stanja.



Hesov zakon





entalpija nekog procesa je zbir vrijednosti entalpija

procesa na koje dati proces može biti rastavljen

H = nHf(products) - mHf(reactants)


Thermochemistry

• Zamislite da se reakcija dešava u tri koraka:

C3H8 (g) + 5 O2 (g) 3 CO2 (g) + 4 H2O (l)

C3H8 (g) 3 C(grafit) + 4 H2 (g)

3 C(graphite) + 3 O2 (g) 3 CO2 (g)

4 H2 (g) + 2 O2 (g) 4 H2O (l)



Thermochemistry


C3H8 (g) + 5 O2 (g) 3 CO2 (g) + 4 H2O (l)

C3H8 (g) 3 C(graphite) + 4 H2 (g)


4 H2 (g) + 2 O2 (g) 4 H2O (l)



Thermochemistry


C3H8 (g) + 5 O2 (g) 3 CO2 (g) + 4 H2O (l)



4 H2 (g) + 2 O2 (g) 4 H2O (l)



Thermochemistry

C3H8 (g) + 5 O2 (g) 3 CO2 (g) + 4 H2O (l)



4 H2 (g) + 2 O2 (g) 4 H2O (l)

C3H8 (g) + 5 O2 (g) 3 CO2 (g) + 4 H2O (l)

• Zbirna reakcija


Thermochemistry

C3H8 (g) + 5 O2 (g) 3 CO2 (g) + 4 H2O (l)



4 H2 (g) + 2 O2 (g) 4 H2O (l)

C3H8 (g) + 5 O2 (g) 3 CO2 (g) + 4 H2O (l)

• Zbirna reakcija

H = [3(-393.5 kJ) + 4(-285.8 kJ)] - [1(-103.85 kJ) + 5(0 kJ)]

= [(-1180.5 kJ) + (-1143.2 kJ)] - [(-103.85 kJ) + (0 kJ)]

= (-2323.7 kJ) - (-103.85 kJ)

= -2219.9 kJ




Energija koja se oslobodi

tokom reakcije

Pretvara se u koristan rad



Energija koja se oslobodi tokom

reakcije

Pretvara se u koristan rad

Ostaje u sistemu kao

vezana energija




reakcije

Gibsova slobodna energija

Ostaje u sistemu kao

vezana energija




reakcije

∆G Ostaje u

sistemu kao vezana energija




tokom reakcije

∆G entropija




tokom reakcije

∆G ∆S

• Energija ne može biti uništena ni stvorena.

• Ukupna energija sistema i njegove okoline je konstantna, pri čemu energija može da prelazi iz jednog oblika u drugi.

Use Fig. 5.5



Prvi zakon termodinamike

• Entropija svemira teži k povećanju

• Prirodni procesi su spontani i ireverzibilni, praćeni su degradacijom energije, tj. povećanjem entropije

• neuređenost sistema– pokretačka snaga spontanosti procesa



Drugi zakon termodinamike

HEMIJSKA TERMODINAMIKA entropija


Drugim riječima:

Za reverzibilne procese:

Suniv = Ssistem + Sokruženje = 0

Za ireverzibilne procese:

Suniv = Ssistem + Sokruženje > 0

HEMIJSKA TERMODINAMIKA entropija


Pri spontanom

miješanju dva gasa:

S>0



• Entropija sistema raste sa porastom:

Temperature

Zapremine

Broja atoma u molekulu




reakcije

∆G ∆S



• Kada je S pozitivna, G je negativna.

• Dakle, kada je G negativna, proces je spontan.



• Ako je ΔG negativno spontana je direktna reakcija.

• Ako je ΔG=0sistem je u stanju ravnoteže.

• Ako je ΔG pozitivno spontana je povratna reakcija.



Spontana na svim temperaturama

Nije spontana na svim temperaturama

Nije spontana na visokim T, spontana na niskim T

Nije spontana na niskim T, spontana na visokim T

Documents

Energija - hemija.mehemija.me/wp-content/uploads/2018/10/hemijska-termodinamika.pdf · energija se pretvara u kinetičku. HEMIJSKA TERMODINAMIKA MEDICINSKA BIOHEMIJA SA HEMIJOM