REACŢII CHIMICE CU TRANSFER DE ENERGIE

REACŢII CHIMICE CU TRANSFER DE ENERGIE

CUPRINS • CLASIFICAREA REACŢIILOR CHIMICE • TERMOCHIMIA • CALORIMETRIA • CĂLDURA DE REACŢIE • ECUAŢII TERMOCHIMICE • CĂLDURA DE REACŢIE-unităţi de măsură • REACŢII EXOTERME • REACŢII ENDOTERME • ENTALPIA • IMPORTANŢA BIOLOGICĂ A FENOMENELOR TERMOCHIMICE • CONŢINUTUL ALIMENTELOR ŞI VALOAREA LOR ENERGETICĂ • TEST • BIBLIOGRAFIE

REACŢIE CHIMICĂ reactanţi→produşi Reacţii de combinare Reacţii de descompunere Reacţii de înlocuire Reacţii de dublă inlocuire Reacţii cu transfer de particule Reacţii reversibile Reacţii cu transfer de ioni şi molecule Reacţii ireversibile Reacţii lente Reacţii rapide Reacţii cu transf. de protoni Reacţii cu transfer de energie Reacţii Exoter- me Reacţii Endoter- me CLASIFICAREA REACŢIILOR CHIMICE Reacţii cu transf. de Electr.

TERMOCHIMIA TERMOCHIMIA Termochimia este un capitol al termodinamicii chimice; ea studiază schimburile energetice care însoţesc reacţiile chimice.

CALORIMETRIA • CALORIMETRIA Se ocupă cu măsurarea cantităţii de căldură. . O formă în care se manifestă şi devine măsurabilă energia în reacţiile chimice este căldura . • O reacţie care se produce într-o singură etapă sau în mai multe etape este însoţită de acelaşi efect termic (Legea lui Hess). • Din legea lui Hess decurg următoarele consecinţe: • cantitatea de căldură care se produce într-o reacţie este egală cu diferenţa dintre energia produşilor şi energia reactanţilor; • dintre doi sau mai mulţi compuşi ai aceloraşi elemente se va forma,cel mai probabil,compusul la formarea căruia se degajă cea mai mare cantitate de căldură.

CĂLDURA DE REACŢIE Noţiunile pe care le utilizează termochimia, precum şi legile acesteia au la bază principiul I al termodinamicii: Variaţia energiei interne a unui sistem este egală cu suma energiilor primite sau cedate de sistem sub formă de lucru mecanic sau căldură. Căldura este fie absorbită,fie degajată în cursul celor mai multe reacţii chimice. • Temperatura corpului uman esteîn general de36,5°C, deoarece multe dintre reacţiile chimice , cum ar fi oxidarea metabolică a „zahărului” la dioxid de carbon şi apă produce căldură,care menţine corpul cald. • O bucată de gheaţă se topeşte când este ţinută în mână,deoarece absoarbe căldură. • Căldura este o formă de energie care se transferă de la un corp mai cald la unul mai rece.

ECUAŢII TERMOCHIMICE Măsurând temperatura unui corp, se poate determina dacă s-a cedat s-au s-a absorbit căldură. De exemplu, dacăse toarnă ceai fierbinte într-o ceaşcă, ceaiul devine mai rece, iar caşca se va încălzi. • Căldura se măsoară în calorii(cal); caloria este o unitate de măsură tolerată a cantităţii de căldură şi depinde de masa de substanţă. • Caloria corespunde cantităţii de căldură necesară creşterii temperaturii unui gram de apă pură cu un grad,de la 14,5°C la 15,5°C,printr-o încălzire izobară (1 atm). • În locul caloriei se poate utiliza joule-ul(J) în conformitate cu Sistemul Internaţional de Unităţi. 1 calorie”termochimică” 1cal= 4,184 J • Termochimia studiază relaţiile dintre căldură şi alte forme de energie.Reacţiile chimice se reprezintă în termochimie prin ecuaţii termochimice. • Ecuaţia termochimică este o ecuaţie chimică în care este precizată starea în care se află reactanţii şi produşii de reacţie precum şi efectele termice care însoţesc reacţia. Stările în care se află substanţele se notează astfel: solid-(s),lichid-(l),gaz-(g),soluţie apoasă-(aq). Exemple: C(s)+ O2(g)= CO2(g)+393,51 KJ Zn(s)+CuSO4(aq)= ZnSO4(aq)+Cu(s)+213,11 KJ H2(g)+I2(s) +51,88 KJ =2 HI(g)

Căldura absorbită sau degajată în cursul unei reacţii chimce se numeşte căldură de reacţie(Q). Căldura de reacţie se raportează la un mol şi se exprimă în cal/mol, Kcal/mol şi KJ/mol. Căldura de reacţie este o mărime constantă dacă reacţia are loc în aceleaşi condiţii: stare fizică a substanţelor(s, l, g, aq), presiune (p)şi tempera- tură(T). Ştiaţi că ....... Oxidul de calciu încălzit în flacără oxihidrică emite o lumină foarte strălucitoare(lumi- na lui Drumond). Oxidul de calciu se utilizează pentru uscarea gazelor,deoarece este avid de apa,în industria sticlei,a îngrăţămintelor,a preparării hidroxidului de calciu... CĂLDURA DE REACŢIE- unităţi de măsură

REACŢII EXOTERME • Reacţiile exoterme au loc cu degajare de căldură. • Procesele chimice în care sistemul reactant cedează căldură mediului exterior sau în care produşii de reacţie au o energie mai mică decât reactanţii se numesc reacţii exoterme. Exemple: • reacţia zincului cu acid clorhidric a cărei ecuaţie termochimică este următoarea: • Zn(s)+2HCl(aq)=ZnCl 2(aq)+H 2(g)+Q • arderea combustibililor • aluminotermia- metoda metalotermică de obţinere a metalelor şi a unor nemetale în stare purăsau sub formă de aliaje,prin reducerea oxizilor cu aluminiu metalic; • reacţia este violentă puternic exotermă şi este însoţită de lumină: • MmOn +2n/3Al = mM+n/3Al 2O 3+Q

REACŢII ENDOTERME • Reacţiile endoterme au loc cu absorbţie de căldură. • Procesele chimice în care sistemul reactant absoarbe căldură din mediului exterior sau în care produşii de reacţie au o energie mai mare decât reactanţii se numesc reacţii endoterme. • Exemple: • Obţinerea metalelor prin descompunere termică • descompunerea termică a oxizilor • 2HgO(s)+ Q = 2Hg(s)+O 2(g) • descompunerea termică a halogenurilor metalelor nobile • PtCl 4(s)+ Q = Pt(s)+2Cl 2(g)

ENTALPIA • Căldura degajată într-o reacţie exotermă sau absorbită într-o reacţie endotermă, care se desfăşoară la presiune constantă, reprezintă variaţia unei mărimi numită entalpie şi notată cuH. H= U+ pV Ureprezintă energia internă a unui sistem termodinamic, iar pV este lucrul mecanic necesar sistemului pentru a-şi ocupa volumul propriu V la presiunea p. Căldura de reacţie pentru o reacţie care se desfăşoară la volum constant,notată Qv ,este egală cu variaţia energiei interne a sistemului chimic. Qv =Δ U Căldura de reacţie pentru o reacţie care se desfăşoară la presiune constantă, notată Qp , este egală cu variaţia entalpiei sistemului chimic. Qp =Δ H O reacţie chimică se desfăşoară conform schemei generale: reactanţi →produşi de reacţie Variaţia entelpiei unui sistem chimic ( ΔH ) se calculează după relaţia: ΔH = Hfinal – Hiniţial = Hproduşi – H reactanţi În concluzie, variaţia de entalpie este pozitivă în reacţiile endoterme şi negativă în reacţiile exoterme. Variaţia de entalpia a reacţiei de sinteză a unui mol de substanţă compusă din elementele componente reprezintă entalpia molară de formare a substanţei respective ( se exprimă în kj-mol ). Măsurată în condiţii standard, entalpia molară de formare se numeşte entalpie molară de formare standard şi se notează cu H°f sau ΔH°f .

REPREZENTARE GRAFICĂ PENTRU O REACŢIE EXOTERMĂ VARIAŢIA ENERGIEI ÎNTR-O REACŢIE EXOTERMĂ Toate sistemele au tendinţa de a trece într-o stare de energie minimă-starea de stabilitate maximă

REPREZENTARE GRAFICĂ PENTRU O REACŢIE ENDOTERMĂ VARIAŢIA ENERGIEI ÎNTR-O REACŢIE ENDOTERMĂ

Combustibili convenţionali • Combustibilii convenţionali se pot clasifica după starea de agregare: • Combustibili solizi - lemn, cărbune; • Combustibili lichizi - fracţiuni petroliere; • Combustibili gazoşi - gaze naturale; Toţi aceşti combustibili diferă prin puterea calorică dar majoritatea dintre ei sunt surse de poluare.

Combustibili neconvenţionali • Energia solară • Energia eoliană • Alcoolul metilic şi alcoolul etilic ( se pot folosi la autoturisme în locul benzinei sau motorinei). • Hidrogenul ( este nepoluant deoarece prin ardere rezultă apă). • Biomasa • Uleiul vegetal

Importanţa biologică a fenomenelor termochimice (I) • Problema centrală a studiului proceselor metabolice este valoarea lucrului util produs de ciclul metabolic, ca urmare a transformărilor care au loc în organism. În funcţionarea lor, organismele vii consumă o anumită cantitate de energie pentru o activitate normală. Desigur, la origine , viaţa îşi are sursa de energie în energia solară pe care plantele o utilizează în fotosinteză pentru sinteza glucidelor din bioxidul de carbon şi dun apă în prezenţa energiei solare. Animalele utilizează aceste substanţe prin ardere pentru a-şi menţine temperatura activităţii normale enzimatice, pentru a-şi menţine toate organele în funcţiune, pentru sinteza proteinelor şi grăsimilor din ţesutul viu şi pentru a produce lucru mecanic conform reacţiei: glucide + O2→ CO2 + H2O +energie Organismul animal are nevoie de energie calorică pentru a se întreţine. Această energie o produce singur în transformările chimice la care sunt supuse alimentele ingerate. Transformările alimentelor sunt în general oxidări, produşii finali de reacţie fiind CO2 şi H2O. Omul se hrăneşte atât cu alimente de origine animală cât şi cu alimente de origine vegetală. Cea mai mare parte a acestor alimente asigură energia necesară vieţii, creşterea şi reînnoirea ţesuturilor, precum şi substanţele necesare reglării proceselor vitale. Substanţele nutritive esenţiale sunt: glucidele, lipidele, proteinele, vitaminele, sărurile minerale, apa. Alimentele au o anumită valoare energetică sau calorică. Alimentaţia trebuie să conţină diverse cantităţi de lactate, carne, legume şi fructe, pâine şi făinoase. Valoarea energetică reprezintă cantitatea de energie care se degajă la metabolizarea unui gram de substanţă (sau aliment, format dintr-un amestec de substanţe)

Importanţa biologică a fenomenelor termochimice (II) • Un om cu o masă corporală mijlocie trebuie să dispună zilnic de o căldură de ardere de circa 3000Kcal; 90% din această căldură provine din digestie şi metabolismul alimentar. Grăsimile şi glucidele sunt principalele surse de energie. Proteinele, alt aliment de bază, sunt necesare mai ales pentru creşterea şi regenerarea ţesuturilor. • Un adult trebuie să consume zilnic 50g proteine, dar consumul este de obicei dublu (100g). Deci, cele 3000kcal/zi provin din proteine (400kcal) şi restul din grăsimi şi glucide. Această energie este folosită pentru executarea mişcărilor fizice şi pentru menţinerea constantă a temperaturii corpului. 100g pâine albă conţine cca 50g glucide, 8g proteine, 2g grăsime şi restul apă. Pâinea intermediară şi pâinea neagră conţin o cantitate mai mică de glucide, dar conţin proteine şi apă în cantităţi mai mari. În organismele vii pot avea loc şi alte fenomene de oxidare nedorite, exoterme, care favorizează întreţinerea vieţii unor microbi. De aceea, creşterea excesivă a temperaturii corpului este un semnal de îmbolnăvire.

Valoarea energiei consumate pentru activităţi comune

Valoarea energetică a unor alimente comune(I)

Valoarea energetică a unor alimente comune(II)

CONŢINUTUL ALIMENTELOR ÎN PROTEINE,GRĂSIMI,ZAHARIDE ŞI VITAMINE LAPTE (Sau produse din lapte) LAPTE (sau produse din lapte)

CONŢINUTUL ALIMENTELOR ÎN PROTEINE,GRĂSIMI,ZAHARIDE ŞI VITAMINEOUĂ, CARNE, PEŞTE Ouă,carne,peşte

Indicele de masă corporală( IMC) • Indicele de masă corporală se calculează cu relaţia:Greutatea / Înălţimea la pătrat • dacă IMC < 20 organismul este subdezvoltat; • dacă 20 < IMC < 25 organismul este considerat normal dezvoltat; • dacă IMC > 25 organismul este supradezvoltat cu tendinţe spre obezitate; • Dacă IMC > 30 obezitate.

Test de evaluare Ce studiază termochimia? Care este unitatea de măsură pentru căldura de reacţie? Ce sunt reacţiile exoterme? În conformitate cu legea lui Hess, o reacţie chimică care are loc într-o etapă sau mai multe este însoţită de ………efect termic: efectele termice care însoţesc Reacţiile chimice Temperatura substanţelor Efectele termice din corp Gradul Kelvin caloria Gradul Celsius Reacţii reversibile Reacţii cu degajare de căldură Reacţii cu absorbţie de căldură orice altfel acelaşi

Test • Ce sunt reacţiile endoterme? • Ce reprezintă entalpia? • Variaţia de entalpie se calculează cu următoarea formulă: • Care sunt principalele surse de energie pentru organism? • Câte kcal trebuie să consume un adult pe zi (aproximativ)? Reacţii rapide Reacţii cu absorbţie de căldură Reacţii spontane Căldura cedată sau absorbită Într-o reacţie chimică Căldura cedată Energia ∆H=Hfinal-Hiniţial ∆H=Hfinal+H ∆H=Hiniţial-Hfinal Proteinele Grăsimile şi zaharidele mineralele 30000kcal 3000kcal 300kcal

CORECT Ai reuşit!!!

GREŞIT Mai încearcă !

BIBLIOGRAFIE • Manual chimie cls. a XII a • Manual chimie cls. a Xa • Chimie generală , C.D. Neniţescu • Alimentaţia raţională ,A. Olaru

REACŢII CHIMICE CU TRANSFER DE ENERGIE