Osnovi hemijske termodinamike

Prilikom odvijanja hemijskih reakcija dolazi do promena energije, njenog pretvaranja iz jednog oblika u drugi. Oblast fizičke hemije koja se bavi energetskim promenama prilikom hemijskih reakcija naziva se termohemija (hemijska termodinamika).

Energetske promene dešavaju se unutar sistema. Energija, rad, toplota i temperatura su važni pojmovi termohemije.

Stanje sistemase opisuje agregatnim stanjem (s, l, g, aq), kao i temperaturom, pritiskom zapreminom i hemijskim sastavom.

Unutrašnja energija (U)  je zbir energija svih čestica sistema. Moguće je meriti samo promenu unutrašnje energije (∆U). Promene unutrašnje energije:

• +-w, nad sistemom se vrši ili sistem odaje rad (primer-rad protiv pritiska pri širenju gasova);
• +-q, sistem odaje ili prima toplotu.

Pri širenju gasova vrši se rad protiv pritiska, W=∆V*P.

"Energija se ne može ni stvoriti ni uništiti, već samo može prelaziti iz jednog oblika u drugi". To je prvi zakon termodinamike. Iz toga proizilazi da je promena unutrašnje energije jednaka algebarskom zbiru rada i toplote.

Entalpija je energija koju izmenjuju sistem i okolina pri stalnom pritisku. Može se meriti samo promena entalpije:

∆H=∆U + P∆V

Kod egzotermih reakcija ∆H<0, a kod endotermih ∆H>0. Promena entalpije hemijskih reakcija jeste ∆H_r.

2H₂(g) + O₂(g) ------> 2H₂O               ∆H_r=-286 kJ/mol

Inverzni procesi imaju istu vrednost entalpije ali suprotnog znaka.

"Ukupna promena entalpije reakcije je stalna, ako i pođemo od drugih reaktanata, ali uz dobijanje istog proizvoda u istom agregatnom stanju." To je Hesov zakon. Govori nam o tome da nije bitno na koji ćemo način neko jedinjenje dobiti, tj. da postoji stalna entalpija stvaranjanekog jedinjenja (∆H_f^o). Entalpija stvaranja se odnosi na stvaranje jednog mola neke supstance. Standardna entalpija stvaranja najstabilnije altropske modifikacije elementa je 0.

Promena entalpije reakcije je jednaka razlici zbira stndradnih entalpija produkata i standardnih entalpija reaktanata.

∆H_r=Σp∆H_f⁰(produkti) -ΣrΔH_f⁰(reaktanti)

"Spontani su samo procesi koji vode većoj neuređenosti sistema." Ovo je drugi zakon termodinamike. Veličina kojom se karakteriše neuređenost sistema je entropija (S). "Entropija je direktno proporcionalna termodinamičkoj verovatnoći stanja sistema."

S=R InW

Spontani procesi se odigravaju uz rasipanje energije ili mase.

ΔS=S_kraj-S_poč

Ukoliko je ΔS>0, proces je spontan, a za ΔS<0, proces nije spontan. Ravnoteža je u slučaju ΔS=0.

Gibsova slobodna energija je maksimalna količina energije koja se može pretvoriti u rad.

ΔG=ΔH-TΔS

• Za ΔG<0, proces je spontan;
• za ΔG>0, proces nije spontan;
• za ΔG=0, sistem je uravnotežen.