กฎการอนุรักษ์มวลของสาร สมการทางเคมี กฎการอนุรักษ์มวลของสสาร

กฎการอนุรักษ์มวล

มวลของสารที่เข้าสู่ปฏิกิริยาเคมีเท่ากับมวลของสารที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยา

กฎการอนุรักษ์มวลเป็นกรณีพิเศษของกฎทั่วไปของธรรมชาติ - กฎการอนุรักษ์สสารและพลังงาน ตามกฎหมายนี้ ปฏิกิริยาเคมีสามารถแสดงได้โดยใช้สมการทางเคมี โดยใช้สูตรทางเคมีของสารและค่าสัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์ที่สะท้อนถึงปริมาณสัมพัทธ์ (จำนวนโมล) ของสารที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยา

ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาการเผาไหม้ของมีเทนเขียนได้ดังนี้:

กฎการอนุรักษ์มวลของสาร

(M.V. Lomonosov, 1748; A. Lavoisier, 1789)

มวลของสารทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมีเท่ากับมวลของผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยาทั้งหมด

ทฤษฎีอะตอม - โมเลกุลอธิบายกฎนี้ดังต่อไปนี้: เป็นผลมาจากปฏิกิริยาเคมี อะตอมจะไม่หายไปหรือปรากฏขึ้น แต่มีการจัดเรียงใหม่เกิดขึ้น (เช่น การเปลี่ยนแปลงทางเคมีเป็นกระบวนการทำลายพันธะบางอย่างระหว่างอะตอมและก่อตัวเป็นพันธะอื่น ๆ ดังที่ ซึ่งเป็นผลมาจากการที่สารโมเลกุลดั้งเดิมได้โมเลกุลของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา) เนื่องจากจำนวนอะตอมก่อนและหลังปฏิกิริยายังคงไม่เปลี่ยนแปลง มวลรวมจึงไม่ควรเปลี่ยนแปลงเช่นกัน มวลถูกเข้าใจว่าเป็นปริมาณที่แสดงลักษณะของสสาร

ในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 มีการแก้ไขการกำหนดกฎการอนุรักษ์มวลโดยเกี่ยวข้องกับการกำเนิดของทฤษฎีสัมพัทธภาพ (A. Einstein, 1905) ซึ่งมวลของร่างกายขึ้นอยู่กับความเร็วและ ดังนั้นไม่เพียงแต่แสดงลักษณะปริมาณของสสารเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการเคลื่อนไหวของมันด้วย พลังงาน E ที่ร่างกายได้รับสัมพันธ์กับการเพิ่มขึ้นของมวล m โดยความสัมพันธ์ E = m c 2 โดยที่ c คือความเร็วแสง อัตราส่วนนี้ไม่ได้ใช้ในปฏิกิริยาเคมีเพราะว่า พลังงาน 1 กิโลจูลสอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงของมวลประมาณ 10 -11 กรัม และในทางปฏิบัติแล้ว m ไม่สามารถวัดได้ ในปฏิกิริยานิวเคลียร์ โดยที่ E มากกว่าปฏิกิริยาเคมี ~10 ถึง 6 เท่า ควรคำนึงถึง m ด้วย

ตามกฎการอนุรักษ์มวลเป็นไปได้ที่จะสร้างสมการของปฏิกิริยาเคมีและทำการคำนวณโดยใช้พวกมัน เป็นพื้นฐานของการวิเคราะห์ทางเคมีเชิงปริมาณ

กฎแห่งความคงตัวขององค์ประกอบ

กฎความคงตัวขององค์ประกอบ ( เจ.แอล. พราวท์, 1801 -1808.) - สารประกอบบริสุทธิ์ทางเคมีเฉพาะใด ๆ โดยไม่คำนึงถึงวิธีการเตรียมจะประกอบด้วยสิ่งเดียวกัน องค์ประกอบทางเคมีและอัตราส่วนของมวลของมันจะคงที่ และ ตัวเลขสัมพัทธ์ของพวกเขา อะตอมจะแสดงเป็นจำนวนเต็ม นี่เป็นหนึ่งในกฎหมายพื้นฐาน เคมี.

กฎความคงตัวขององค์ประกอบไม่เป็นที่พอใจ เบอร์โธลลิเดส(สารประกอบขององค์ประกอบที่แปรผัน) อย่างไรก็ตาม เพื่อความเรียบง่าย องค์ประกอบของ Berthollides จำนวนมากจึงถูกเขียนเป็นค่าคงที่ ตัวอย่างเช่น การจัดองค์ประกอบ เหล็ก (II) ออกไซด์เขียนเป็น FeO (แทนที่จะเป็นสูตร Fe 1-x O ที่แม่นยำยิ่งขึ้น)

กฎแห่งทวีคูณ

กฎแห่งอัตราส่วนพหุคูณเป็นหนึ่งใน ปริมาณสัมพันธ์กฎหมาย เคมี: ถ้าสอง สาร (เรียบง่ายหรือ ซับซ้อน) ก่อให้เกิดสารประกอบมากกว่าหนึ่งชนิดต่อกัน ดังนั้นมวลของสารหนึ่งต่อหนึ่งและมวลเดียวกันของสารอีกชนิดหนึ่งจึงสัมพันธ์กันเป็น จำนวนทั้งหมดมักจะมีขนาดเล็ก

ตัวอย่าง

1) องค์ประกอบของไนโตรเจนออกไซด์ (เป็นเปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก) แสดงเป็นตัวเลขต่อไปนี้:

เมื่อหารตัวเลขในบรรทัดล่างด้วย 0.57 เราจะพบว่ามีอัตราส่วน 1:2:3:4:5

2) แคลเซียมคลอไรด์แบบที่ 4 ด้วยน้ำ ผลึกไฮเดรตองค์ประกอบที่แสดงโดยสูตร: CaCl 2 ·H 2 O, CaCl 2 ·2H 2 O, CaCl 2 ·4H 2 O, CaCl 2 ·6H 2 O เช่น ในสารประกอบทั้งหมดนี้มวลของน้ำต่อหนึ่ง โมเลกุลของ CaCl 2 สัมพันธ์กันเป็น 1:2:4:6

กฎความสัมพันธ์เชิงปริมาตร

(เกย์-ลุสซัก 1808)

“ปริมาตรของก๊าซที่เข้าสู่ปฏิกิริยาเคมีและปริมาตรของก๊าซที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยามีความสัมพันธ์กันเป็นจำนวนเต็มเล็กๆ”

ผลที่ตามมา ค่าสัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์ในสมการของปฏิกิริยาเคมีสำหรับโมเลกุลของสารที่เป็นก๊าซจะแสดงในอัตราส่วนปริมาตรที่สารก๊าซทำปฏิกิริยาหรือได้รับ

2CO + O 2  2CO 2

เมื่อคาร์บอน (II) ออกไซด์สองปริมาตรถูกออกซิไดซ์ด้วยออกซิเจนหนึ่งปริมาตร จะเกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ 2 ปริมาตร กล่าวคือ ปริมาตรของส่วนผสมปฏิกิริยาเริ่มต้นจะลดลง 1 ปริมาตร

b) เมื่อสังเคราะห์แอมโมเนียจากองค์ประกอบ:

n 2 + 3h 2  2nh 3

ไนโตรเจนหนึ่งปริมาตรทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนสามปริมาตร ในกรณีนี้จะเกิดแอมโมเนีย 2 ปริมาตร - ปริมาตรของมวลปฏิกิริยาก๊าซเริ่มต้นจะลดลง 2 เท่า

สมการเคลย์เปรอน-เมนเดเลเยฟ

หากเราเขียนกฎก๊าซรวมสำหรับมวลใดๆ ของก๊าซใดๆ เราจะได้สมการของเคลย์เปรอน-เมนเดเลเยฟ:

โดยที่ m คือมวลก๊าซ M - น้ำหนักโมเลกุล p - ความดัน; วี - ปริมาตร; T - อุณหภูมิสัมบูรณ์ (°K); R คือค่าคงที่ของก๊าซสากล (8.314 J/(mol K) หรือ 0.082 l atm/(mol K))

สำหรับมวลของก๊าซที่กำหนด อัตราส่วน m/M จะเป็นค่าคงที่ ดังนั้นจึงได้กฎก๊าซรวมจากสมการเคลย์เปรอน-เมนเดเลเยฟ

คาร์บอน (II) มอนอกไซด์ที่มีน้ำหนัก 84 กรัมจะมีปริมาตรเท่าใดที่อุณหภูมิ 17°C และความดัน 250 kPa

จำนวนโมลของ CO คือ:

 (CO) = ม.(CO) / M(CO) = 84 / 28 = 3 โมล

ปริมาณ CO ที่ N.S. จำนวน

3 22.4 ลิตร = 67.2 ลิตร

จากกฎหมายก๊าซ Boyle-Mariotte และ Gay-Lussac ที่รวมกัน:

(พีวี) / ที = (พี 0 โวลต์ 0) / ที 2

วี (CO) = (P 0 T V 0) / (P T 0) = (101.3 (273 + 17) 67.2) / (250 273) = 28.93 ลิตร

ความหนาแน่นสัมพัทธ์ของก๊าซแสดงให้เห็นว่า 1 โมลของก๊าซหนึ่งหนักกว่า (หรือเบากว่า) ของก๊าซอีก 1 โมลเป็นจำนวนเท่าใด

ท A(B) = (B)  (A) = M (B) / M (A)

น้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยของส่วนผสมของก๊าซเท่ากับมวลรวมของส่วนผสมหารด้วยจำนวนโมลทั้งหมด:

M av = (ม. 1 +.... + ม. n) / ( 1 +.... +  n) = (M 1 V 1 + .... M n V n) / ( 1 +.. .. +  น)

กฎหมายว่าด้วยการอนุรักษ์พลังงาน : อยู่ในระหว่างการแยกตัว ในระบบ พลังงานของระบบจะคงที่ เฉพาะการเปลี่ยนจากพลังงานประเภทหนึ่งไปยังอีกประเภทหนึ่งเท่านั้นที่เป็นไปได้ ในอุณหพลศาสตร์ของการอนุรักษ์พลังงาน กฎหมายสอดคล้องกับกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ซึ่งแสดงโดยสมการ Q = DU + W โดยที่ Q คือปริมาณความร้อนที่ส่งให้กับระบบ DU คือการเปลี่ยนแปลงภายใน พลังงานของระบบ W คืองานที่ระบบทำ กรณีพิเศษของการอนุรักษ์พลังงานคือกฎเฮสส์

แนวคิดเรื่องพลังงานได้รับการแก้ไขโดยเกี่ยวข้องกับการกำเนิดของทฤษฎีสัมพัทธภาพ (A. Einstein, 1905): พลังงานทั้งหมด E เป็นสัดส่วนกับมวล m และสัมพันธ์กับมันด้วยความสัมพันธ์ E = mc2 โดยที่ c คือ ความเร็วของแสง. ดังนั้น มวลจึงสามารถแสดงเป็นหน่วยของพลังงานได้ และสามารถกำหนดกฎทั่วไปของการอนุรักษ์มวลและพลังงานได้: ในไอโซลีรา ระบบ ผลรวมของมวลและพลังงานจะคงที่ และมีเพียงการแปลงอัตราส่วนที่เทียบเท่ากันอย่างเคร่งครัดของพลังงานบางรูปแบบไปเป็นอัตราส่วนอื่นเท่านั้น และการเปลี่ยนแปลงมวลและพลังงานที่เกี่ยวข้องกันเท่านั้นจึงเป็นไปได้

กฎแห่งการเทียบเท่า

สารมีปฏิสัมพันธ์กันในปริมาณตามสัดส่วนที่เทียบเท่ากัน เมื่อแก้ไขปัญหาบางอย่าง จะสะดวกกว่าถ้าใช้สูตรอื่นของกฎนี้: มวล (ปริมาตร) ของสารที่ทำปฏิกิริยากันจะเป็นสัดส่วนกับมวล (ปริมาตร) ที่เท่ากัน

เทียบเท่า: องค์ประกอบทางเคมีจะถูกรวมเข้าด้วยกันในปริมาณที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัดซึ่งสอดคล้องกับสิ่งที่เทียบเท่ากัน การแสดงออกทางคณิตศาสตร์ของกฎการเทียบเท่ามีรูปแบบดังนี้ โดยที่ m1 และ m2 คือมวลของสารที่ทำปฏิกิริยาหรือเป็นผล m eq(1) และ m eq(2) คือมวลที่เท่ากันของสารเหล่านี้

ตัวอย่างเช่น โลหะจำนวนหนึ่ง ซึ่งมีมวลเท่ากันคือ 28 กรัม/โมล จะแทนที่ไฮโดรเจน 0.7 ลิตรที่วัดภายใต้สภาวะปกติจากกรด กำหนดมวลของโลหะ. วิธีแก้ปัญหา: เมื่อรู้ว่าปริมาตรไฮโดรเจนที่เท่ากันคือ 11.2 ลิตร/โมล สัดส่วนคือ: โลหะ 28 กรัมเทียบเท่ากับไฮโดรเจน 11.2 ลิตร x กรัมของโลหะเทียบเท่ากับไฮโดรเจน 0.7 ลิตร จากนั้น x=0.7*28/11.2= 1.75 กรัม

ในการหามวลที่เท่ากันหรือเท่ากัน ไม่จำเป็นต้องเริ่มจากการรวมตัวกับไฮโดรเจน พวกเขาสามารถถูกกำหนดโดยองค์ประกอบของสารประกอบขององค์ประกอบที่กำหนดกับองค์ประกอบอื่น ๆ ซึ่งเทียบเท่ากับที่ทราบกันดี

ตัวอย่างเช่น: เมื่อรวมเหล็กและซัลเฟอร์ 5.6 กรัม จะเกิดเหล็กซัลไฟด์ 8.8 กรัม จำเป็นต้องค้นหามวลที่เท่ากันของเหล็กและค่าที่เท่ากันหากทราบว่ามวลของกำมะถันที่เท่ากันคือ 16 กรัมต่อโมล วิธีแก้ไข: จากสภาวะของปัญหาตามมาว่าในเหล็กซัลไฟด์มีกำมะถัน 8.8-5.6 = 3.2 กรัมต่อเหล็ก 5.6 กรัม ตามกฎการเทียบเท่า มวลของสารที่มีปฏิกิริยาโต้ตอบกันจะเป็นสัดส่วนกับมวลที่เท่ากัน กล่าวคือ เหล็ก 5.6 กรัมเทียบเท่ากับ 3.2 กรัมของซัลเฟอร์ meq (Fe) เท่ากับ 16 กรัม/โมล ซัลเฟอร์ จะได้ว่า m3KB(Fe) = 5.6*16/3.2=28 g/mol ค่าเทียบเท่าเหล็กคือ: 3=meq(Fe)/M(Fe)=28 g/mol:56 g/mol=1/2 ดังนั้นธาตุเหล็กที่เทียบเท่ากันคือ 1/2 โมล ซึ่งก็คือเหล็ก 1 โมลจะมีธาตุเหล็ก 2 ตัวที่เทียบเท่ากัน

กฎของอาโวกาโดร

ผลที่ตามมาของกฎหมาย

ข้อพิสูจน์ข้อแรกของกฎของอาโวกาโดร: ก๊าซใด ๆ หนึ่งโมลภายใต้สภาวะเดียวกันจะมีปริมาตรเท่ากัน.

โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้สภาวะปกติ เช่น ที่อุณหภูมิ 0 °C (273 K) และ 101.3 kPa ปริมาตรของก๊าซ 1 โมลคือ 22.4 ลิตร ปริมาตรนี้เรียกว่าปริมาตรโมลาร์ของก๊าซ V m ค่านี้สามารถคำนวณใหม่เป็นอุณหภูมิและความดันอื่นๆ ได้โดยใช้สมการ Mendeleev-Clapeyron:

.

ข้อพิสูจน์ประการที่สองของกฎของอาโวกาโดร: มวลโมลาร์ของก๊าซชนิดที่ 1 เท่ากับผลคูณของมวลโมลาร์ของก๊าซชนิดที่ 2 และความหนาแน่นสัมพัทธ์ของก๊าซชนิดที่ 1 เทียบกับแก๊สชนิดที่สอง.

ตำแหน่งนี้มีความสำคัญอย่างมากต่อการพัฒนาทางเคมีเนื่องจากทำให้สามารถกำหนดน้ำหนักบางส่วนของวัตถุที่สามารถผ่านเข้าสู่สถานะก๊าซหรือไอได้ ถ้าผ่าน มเราแสดงถึงน้ำหนักบางส่วนของร่างกายและโดย ง- ความถ่วงจำเพาะในสถานะไอ แล้วตามด้วยอัตราส่วน ม / งจะต้องคงที่สำหรับร่างกายทั้งหมด ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าสำหรับวัตถุที่ศึกษาทั้งหมดที่ผ่านเข้าไปในไอโดยไม่มีการสลายตัวค่าคงที่นี้จะเท่ากับ 28.9 หากเมื่อพิจารณาน้ำหนักบางส่วนเราดำเนินการจากความถ่วงจำเพาะของอากาศโดยนำมาเป็นหน่วย แต่ค่าคงที่นี้จะเท่ากัน เป็น 2 ถ้าเราเอาความถ่วงจำเพาะของไฮโดรเจนเป็นหน่วย กำหนดค่าคงที่นี้หรือที่เท่ากันคือปริมาตรบางส่วนร่วมของไอระเหยและก๊าซทั้งหมดเป็น กับจากสูตรที่เรามีในทางกลับกัน ม. = กระแสตรง. เนื่องจากความถ่วงจำเพาะของไอสามารถหาได้ง่าย จึงทำการแทนที่ค่า งในสูตรนี้ จะได้น้ำหนักบางส่วนที่ไม่รู้จักของร่างกายที่กำหนดมาด้วย

อุณหเคมี

ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเคมี

เนื้อหาจากวิกิพีเดีย – สารานุกรมเสรี

ผลกระทบทางความร้อนจากปฏิกิริยาเคมีหรือการเปลี่ยนแปลง เอนทาลปีระบบเนื่องจากการเกิดปฏิกิริยาเคมี - ปริมาณความร้อนที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงในตัวแปรทางเคมีที่ได้รับโดยระบบซึ่งเกิดปฏิกิริยาเคมีและผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาเกิดขึ้นกับอุณหภูมิของสารตั้งต้น

เพื่อให้ผลกระทบทางความร้อนเป็นปริมาณที่ขึ้นอยู่กับลักษณะของปฏิกิริยาเคมีที่กำลังดำเนินอยู่เท่านั้น ต้องเป็นไปตามเงื่อนไขต่อไปนี้:

ปฏิกิริยาจะต้องดำเนินการที่ปริมาตรคงที่ ถาม v (กระบวนการไอโซคอริก) หรือที่ความดันคงที่ ถามพี( กระบวนการไอโซบาริก).

ไม่มีการดำเนินการใดๆ ในระบบ ยกเว้นงานการขยายที่เป็นไปได้ที่ P = const

หากปฏิกิริยาเกิดขึ้นภายใต้สภาวะมาตรฐานที่ T = 298.15 K = 25 ˚C และ P = 1 atm = 101325 Pa ผลกระทบทางความร้อนเรียกว่าผลกระทบทางความร้อนมาตรฐานของปฏิกิริยา หรือเอนทาลปีมาตรฐานของปฏิกิริยา Δ ชมอาร์โอ ในอุณหเคมี ความร้อนมาตรฐานของปฏิกิริยาคำนวณโดยใช้เอนทาลปีมาตรฐานของการก่อตัว

เอนทาลปีมาตรฐานของการก่อตัว (ความร้อนมาตรฐานของการก่อตัว)

ความร้อนมาตรฐานของการก่อตัวเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นผลทางความร้อนของปฏิกิริยาของการก่อตัวของสารหนึ่งโมลจากสารอย่างง่ายซึ่งเป็นส่วนประกอบซึ่งมีความเสถียร รัฐมาตรฐาน.

ตัวอย่างเช่น เอนทาลปีมาตรฐานของการก่อตัวคือ 1 โมล มีเทนจาก คาร์บอนและ ไฮโดรเจนเท่ากับผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยา:

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

เอนทาลปีมาตรฐานของการก่อตัวแสดงด้วย Δ ชมฉO. ในที่นี้ ดัชนี f หมายถึงรูปแบบ และวงกลมที่ขีดฆ่า ชวนให้นึกถึงดิสก์ Plimsol - ปริมาณหมายถึงอะไร สภาพมาตรฐานสาร การระบุเอนทาลปีมาตรฐานอีกประการหนึ่งมักพบในวรรณกรรม - ∆H 298,15 0 โดยที่ 0 หมายถึงความดันเท่ากันต่อบรรยากาศหนึ่ง (หรือค่อนข้างแม่นยำกว่านั้นตามเงื่อนไขมาตรฐาน ) และ 298.15 คืออุณหภูมิ บางครั้งดัชนี 0 ใช้สำหรับปริมาณที่เกี่ยวข้องกับ สารบริสุทธิ์โดยกำหนดว่าเป็นไปได้ที่จะกำหนดปริมาณทางอุณหพลศาสตร์มาตรฐานด้วยเมื่อเลือกสารบริสุทธิ์ให้เป็นสถานะมาตรฐานเท่านั้น . มาตรฐานยังอาจถือได้ว่าเป็นสถานะของสารใน เจือจางอย่างมากสารละลาย. “แผ่น Plimsoll” ในกรณีนี้หมายถึงสถานะมาตรฐานที่แท้จริงของสสาร โดยไม่คำนึงถึงตัวเลือก

เอนทัลปีของการก่อตัวของสารอย่างง่ายมีค่าเท่ากับศูนย์ และค่าศูนย์ของเอนทัลปีของการก่อตัวหมายถึงสถานะของการรวมกลุ่ม ซึ่งมีความเสถียรที่ T = 298 K ตัวอย่างเช่น สำหรับ ไอโอดีนในสถานะผลึก Δ ชม I2(tv) 0 = 0 kJ/mol และสำหรับของเหลว ไอโอดีน Δ ชม I2(ลิตร) 0 = 22 กิโลจูล/โมล เอนทาลปีของการก่อตัวของสารอย่างง่ายภายใต้สภาวะมาตรฐานเป็นลักษณะพลังงานหลัก

ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาใดๆ พบว่าเป็นผลต่างระหว่างผลรวมของความร้อนที่ก่อตัวของผลิตภัณฑ์ทั้งหมดกับผลรวมของความร้อนที่ก่อตัวของสารตั้งต้นทั้งหมดในปฏิกิริยานี้ (ผลที่ตามมา กฎของเฮสส์):

Δ ชมปฏิกิริยา O = ΣΔ ชม f O (ผลิตภัณฑ์) - ΣΔ ชม f O (รีเอเจนต์)

ผลกระทบทางอุณหเคมีสามารถรวมเข้ากับปฏิกิริยาเคมีได้ สมการทางเคมีที่ระบุปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาหรือดูดซับเรียกว่าสมการเคมีอุณหเคมี ปฏิกิริยาที่มาพร้อมกับการปล่อยความร้อนออกสู่สิ่งแวดล้อมจะส่งผลเสียต่อความร้อนและเรียกว่า คายความร้อน. ปฏิกิริยาที่มาพร้อมกับการดูดซับความร้อนจะมีผลทางความร้อนในเชิงบวกและเรียกว่า ดูดความร้อน. ผลกระทบทางความร้อนมักจะหมายถึงหนึ่งโมลของวัสดุตั้งต้นที่ทำปฏิกิริยาซึ่งมีค่าสัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์สูงสุด

การขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของผลกระทบทางความร้อน (เอนทาลปี) ของปฏิกิริยา

ในการคำนวณการขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของเอนทาลปีของปฏิกิริยา จำเป็นต้องรู้ฟันกราม ความจุความร้อนสารที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยา การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีของปฏิกิริยาเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นจาก T 1 ถึง T 2 คำนวณตามกฎของ Kirchhoff (สันนิษฐานว่าในช่วงอุณหภูมิที่กำหนด ความจุความร้อนของฟันกรามไม่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและไม่มี การแปลงเฟส):

หากการเปลี่ยนแปลงเฟสเกิดขึ้นในช่วงอุณหภูมิที่กำหนดในการคำนวณจำเป็นต้องคำนึงถึงความร้อนของการเปลี่ยนแปลงที่สอดคล้องกันตลอดจนการเปลี่ยนแปลงของการขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของความจุความร้อนของสารที่ผ่านการการเปลี่ยนแปลงดังกล่าว:

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

เอนทาลปีมาตรฐานของการเผาไหม้

เอนทาลปีมาตรฐานของการเผาไหม้ - Δ ชม hor o ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาการเผาไหม้ของสารหนึ่งโมลในออกซิเจนต่อการก่อตัวของออกไซด์ในสถานะออกซิเดชันสูงสุด ความร้อนจากการเผาไหม้ของสารที่ไม่ติดไฟจะถือว่าเป็นศูนย์

เอนทาลปีมาตรฐานของสารละลาย

เอนทาลปีมาตรฐานของสารละลาย - Δ ชมสารละลาย ผลกระทบทางความร้อนของกระบวนการละลายสาร 1 โมลในตัวทำละลายจำนวนมากอย่างไม่สิ้นสุด ประกอบด้วยความร้อนแห่งการทำลายล้าง ตาข่ายคริสตัลและความอบอุ่น ความชุ่มชื้น(หรือความร้อน การแก้ปัญหาสำหรับสารละลายที่ไม่ใช่น้ำ) ปล่อยออกมาอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาของโมเลกุลตัวทำละลายกับโมเลกุลหรือไอออนของตัวถูกละลายด้วยการก่อตัวของสารประกอบที่มีองค์ประกอบแปรผัน - ไฮเดรต (โซลเวต) การทำลายโครงตาข่ายคริสตัลมักเป็นกระบวนการดูดความร้อน - Δ ชม resh > 0 และไอออนไฮเดรชั่นเป็นแบบคายความร้อน Δ ชมไฮดรา< 0. В зависимости от соотношения значений Δชมรีช และ Δ ชมไฮดราเอนทาลปีของการละลายสามารถมีได้ทั้งค่าบวกและลบ ดังนั้นการละลายของผลึก โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์พร้อมกับปล่อยความร้อนออกมา:

Δ ชมละลายKOH o = Δ ชมตัดสินใจ + Δ ชมไฮดรอกซี +o + Δ ชมไฮโดรOH −о = −59 KJ/โมล

ภายใต้เอนทาลปีของไฮเดรชั่น - Δ ชมไฮดรา หมายถึงความร้อนที่ปล่อยออกมาเมื่อไอออน 1 โมลเคลื่อนผ่านจากสุญญากาศไปยังสารละลาย

เอนทาลปีมาตรฐานของการทำให้เป็นกลาง

เอนทาลปีมาตรฐานของการวางตัวเป็นกลาง - Δ ชมเอนทาลปีนิวโตรของปฏิกิริยาของกรดแก่และเบสแก่ทำให้เกิดน้ำ 1 โมลภายใต้สภาวะมาตรฐาน:

HCl + NaOH = NaCl + H 2 O

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

เอนทาลปีมาตรฐานของการทำให้เป็นกลางสำหรับสารละลายเข้มข้น อิเล็กโทรไลต์ที่แข็งแกร่งขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของไอออน เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงค่า ΔH ของไฮเดรชั่น ° ของไอออนเมื่อเจือจาง

เอนทาลปี

เอนทาลปีเป็นคุณสมบัติของสารที่ระบุปริมาณพลังงานที่สามารถแปลงเป็นความร้อนได้

เอนทาลปีเป็นคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ของสารที่ระบุระดับพลังงานที่เก็บไว้ในโครงสร้างโมเลกุล ซึ่งหมายความว่าแม้ว่าสารอาจมีพลังงานขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดัน แต่ไม่ใช่ทั้งหมดที่สามารถเปลี่ยนเป็นความร้อนได้ พลังงานภายในส่วนหนึ่งยังคงอยู่ในสสารเสมอและรักษาโครงสร้างโมเลกุลไว้ ส่วนหนึ่ง พลังงานจลน์สารจะไม่สามารถเข้าถึงได้เมื่ออุณหภูมิเข้าใกล้อุณหภูมิโดยรอบ ดังนั้นเอนทาลปีคือปริมาณพลังงานที่สามารถแปลงเป็นความร้อนได้ที่อุณหภูมิและความดันที่กำหนด หน่วยเอนทาลปี- หน่วยความร้อนบริติชหรือจูลสำหรับพลังงาน และ Btu/lbm หรือ J/kg สำหรับพลังงานจำเพาะ

ปริมาณเอนทาลปี

ปริมาณ เอนทาลปีของสารจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่กำหนด อุณหภูมิเท่านี้- นี่คือค่าที่นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรเลือกไว้เป็นพื้นฐานในการคำนวณ คืออุณหภูมิที่เอนทาลปีของสารมีค่าเป็นศูนย์ J กล่าวอีกนัยหนึ่ง สารนี้ไม่มีพลังงานที่สามารถเปลี่ยนเป็นความร้อนได้ อุณหภูมินี้จะแตกต่างกันสำหรับสารต่างๆ ตัวอย่างเช่น อุณหภูมิของน้ำคือจุดสามจุด (0 °C) ไนโตรเจน -150 °C และสารทำความเย็นที่มีเทนและอีเทน -40 °C

หากอุณหภูมิของสารสูงกว่าอุณหภูมิที่กำหนดหรือเปลี่ยนสถานะเป็นสถานะก๊าซที่อุณหภูมิที่กำหนด เอนทาลปีจะแสดงเป็นจำนวนบวก ในทางกลับกัน ที่อุณหภูมิต่ำกว่านี้ เอนทาลปีของสารจะแสดงเป็นจำนวนลบ เอนทัลปีใช้ในการคำนวณเพื่อกำหนดความแตกต่างของระดับพลังงานระหว่างสองสถานะ นี่เป็นสิ่งจำเป็นในการกำหนดค่าอุปกรณ์และกำหนด ค่าสัมประสิทธิ์การกระทำที่เป็นประโยชน์ของกระบวนการ

เอนทาลปีมักถูกกำหนดให้เป็น พลังงานทั้งหมดของสสารเนื่องจากมันเท่ากับผลรวมของพลังงานภายใน (u) ในสถานะที่กำหนดพร้อมกับความสามารถในการทำงาน (pv) แต่ในความเป็นจริง เอนทาลปีไม่ได้ระบุพลังงานทั้งหมดของสารที่อุณหภูมิที่กำหนดสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์ (-273°C) ดังนั้น แทนที่จะนิยามเอนทาลปีเป็นความร้อนรวมของสาร เอนทาลปีกลับถูกกำหนดให้แม่นยำยิ่งขึ้นว่าเป็นปริมาณพลังงานทั้งหมดที่มีอยู่ของสารที่สามารถแปลงเป็นความร้อนได้ H = U + พีวี

กำลังภายใน

พลังงานภายในของร่างกาย (แสดงเป็น E หรือ U) คือผลรวมของพลังงานจากปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลและการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุล พลังงานภายในเป็นหน้าที่เฉพาะของสถานะของระบบ ซึ่งหมายความว่าเมื่อใดก็ตามที่ระบบพบว่าตัวเองอยู่ในสถานะที่กำหนด พลังงานภายในของระบบจะรับค่าที่มีอยู่ในสถานะนี้ โดยไม่คำนึงถึงประวัติของระบบก่อนหน้านี้ ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในระหว่างการเปลี่ยนจากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่งจะเท่ากับความแตกต่างระหว่างค่าในสถานะสุดท้ายและสถานะเริ่มต้นเสมอ โดยไม่คำนึงถึงเส้นทางที่การเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้น

พลังงานภายในของร่างกายไม่สามารถวัดได้โดยตรง คุณสามารถระบุการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในเท่านั้น:

นำมาสู่ร่างกาย ความร้อน, วัดใน จูล

- งานกระทำโดยร่างกายต่อแรงภายนอก วัดเป็นจูล

สูตรนี้เป็นนิพจน์ทางคณิตศาสตร์ กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์

สำหรับ กระบวนการกึ่งคงที่ความสัมพันธ์ดังต่อไปนี้ถือ:

-อุณหภูมิ, วัดใน เคลวิน

-เอนโทรปีวัดเป็นจูล/เคลวิน

-ความดัน, วัดใน ปาสคาล

-ศักยภาพทางเคมี

จำนวนอนุภาคในระบบ

ก๊าซในอุดมคติ

ตามกฎของจูล ซึ่งได้มาจากการสังเกตคือพลังงานภายใน ก๊าซในอุดมคติไม่ขึ้นอยู่กับความดันหรือปริมาตร จากข้อเท็จจริงนี้ เราสามารถหาการแสดงออกของการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของก๊าซในอุดมคติได้ A-ไพรเออรี่ ความจุความร้อนของฟันกรามที่ปริมาตรคงที่ . เนื่องจากพลังงานภายในของก๊าซในอุดมคตินั้นเป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิเท่านั้น

.

สูตรเดียวกันนี้ยังใช้สำหรับการคำนวณการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของร่างกายใด ๆ แต่เฉพาะในกระบวนการที่มีปริมาตรคงที่เท่านั้น ( กระบวนการไอโซคอริก); โดยทั่วไป ค วี (ต,วี) เป็นฟังก์ชันของทั้งอุณหภูมิและปริมาตร

หากเราละเลยการเปลี่ยนแปลงความจุความร้อนของโมลาร์กับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ เราจะได้:

Δ ยู = ν ค วี Δ ต,

โดยที่ ν คือปริมาณของสาร Δ ต- การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ

พลังงานภายในของสาร ร่างกาย ระบบ

(กรีก: ένέργια - กิจกรรม, พลังงาน). พลังงานภายในคือ ส่วนหนึ่ง พลังงานทั้งหมดในร่างกาย (ระบบ โทร): อี = อี เค + อี พี + ยู, ที่ไหน อี เค - พลังงานจลน์มหภาค ความเคลื่อนไหวระบบ, อี พี - พลังงานศักย์เกิดจากการมีอยู่ของแรงภายนอก สาขา(แรงโน้มถ่วง ไฟฟ้า ฯลฯ) ยู- กำลังภายใน. กำลังภายใน สาร, ร่างกาย, ระบบของร่างกาย - การทำงาน สถานะหมายถึง พลังงานสำรองทั้งหมดของสถานะภายในของสาร ร่างกาย ระบบ การเปลี่ยนแปลง (ปล่อยออกมา) ใน กระบวนการ เคมี ปฏิกิริยาการถ่ายเทความร้อนและสมรรถนะ งาน. ส่วนประกอบของพลังงานภายใน: (ก) พลังงานจลน์ของความร้อน ความน่าจะเป็นการเคลื่อนที่ของอนุภาค (อะตอม โมเลกุล ไอออนฯลฯ) ที่ประกอบขึ้นเป็นสาร (ร่างกาย ระบบ); (b) พลังงานศักย์ของอนุภาคเนื่องจากระหว่างโมเลกุล ปฏิสัมพันธ์; (ค) พลังงานของอิเล็กตรอนในเปลือกอิเล็กตรอน อะตอม และไอออน (ง) พลังงานภายในนิวเคลียร์ พลังงานภายในไม่เกี่ยวข้องกับกระบวนการเปลี่ยนสถานะของระบบ เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงใดๆ ในระบบ พลังงานภายในของระบบตลอดจนสภาพแวดล้อมของระบบจะคงที่ นั่นคือพลังงานภายในจะไม่สูญหายหรือได้รับ ในเวลาเดียวกัน พลังงานสามารถเคลื่อนย้ายจากส่วนหนึ่งของระบบไปยังอีกส่วนหนึ่งหรือถูกแปลงจากที่หนึ่งก็ได้ แบบฟอร์มไปที่อื่น นี่คือหนึ่งในสูตร กฎการอนุรักษ์พลังงาน - กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์ พลังงานภายในส่วนหนึ่งสามารถแปลงเป็นงานได้ พลังงานภายในส่วนนี้เรียกว่าพลังงานอิสระ - ช. (ในสารประกอบเคมีเรียกว่าเคมี ศักยภาพ). พลังงานภายในที่เหลือซึ่งไม่สามารถเปลี่ยนเป็นงานได้เรียกว่าพลังงานที่ถูกผูกไว้ - ว ข .

เอนโทรปี

เอนโทรปี (จาก กรีกἐντροπία - เลี้ยว, การเปลี่ยนแปลง) เข้าไป วิทยาศาสตร์ธรรมชาติ- การวัดความผิดปกติ ระบบซึ่งประกอบด้วยมากมาย องค์ประกอบ. โดยเฉพาะใน ฟิสิกส์เชิงสถิติ - วัด ความน่าจะเป็นการดำเนินการของรัฐมหภาคใด ๆ วี ทฤษฎีสารสนเทศ- การวัดความไม่แน่นอนของประสบการณ์ใดๆ (การทดสอบ) ซึ่งอาจให้ผลลัพธ์ที่แตกต่างกัน และรวมถึงจำนวนด้วย ข้อมูล; วี วิทยาศาสตร์ประวัติศาสตร์, สำหรับ คำอธิบาย ปรากฏการณ์ประวัติศาสตร์ทางเลือก (ค่าคงที่และ ความแปรปรวนกระบวนการทางประวัติศาสตร์)

นักเคมีชาวอังกฤษชื่อดัง โรเบิร์ต บอยล์เมื่อทำการทดลองต่างๆ กับโลหะ ฉันสังเกตเห็นว่าเมื่อโลหะได้รับความร้อนอย่างแรงในอากาศ มวลของพวกมันจะเพิ่มขึ้น เป็นผลให้นักวิทยาศาสตร์แนะนำว่าอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นเมื่อถูกความร้อนมวลของสารควรเปลี่ยนแปลง โรเบิร์ต บอยล์เชื่อกันว่าเมื่อถูกความร้อนโลหะจะทำปฏิกิริยากับสารบางชนิด "เรื่องไฟ"บรรจุอยู่ในเปลวไฟ “เรื่องไฟ”เรียกว่าโฟลจิสตัน

นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย มิคาอิล วาซิลีเยวิช โลโมโนซอฟ เปลี่ยนการตั้งค่าของการทดลอง และให้ความร้อนโลหะที่ไม่ได้อยู่ในที่โล่ง แต่ในแก้วที่ปิดผนึกอย่างแน่นหนา เมื่อทำการทดลองในลักษณะนี้ มวลของการรีทอร์ตด้วยโลหะก่อนและหลังการให้ความร้อนยังคงเท่าเดิม

เมื่อเปิดการตอบโต้ดังกล่าว ปรากฎว่าโลหะบางส่วนได้เปลี่ยนเป็นสารอื่นที่ปกคลุมพื้นผิวของโลหะแล้ว โลหะจึงทำปฏิกิริยากับอากาศที่อยู่ในปฏิกิริยาโต้กลับ เอ็มวี โลโมโนซอฟได้ข้อสรุปที่สำคัญมาก หากมวลรวมของการรีทอร์ตก่อนและหลังการเผาไม่เปลี่ยนแปลง หมายความว่ามวลอากาศที่บรรจุอยู่ในภาชนะลดลงตามปริมาณเดียวกันกับมวลของโลหะที่เพิ่มขึ้น (เนื่องจากการก่อตัวของสารใหม่บนพื้นผิวของมัน ).

มวลอากาศในการโต้กลับลดลงจริง ๆ เนื่องจากเมื่อเปิดอากาศ "ระเบิดใน"เข้ามาโต้กลับด้วยเสียงนกหวีด

จึงได้มีการกำหนดขึ้น กฎการอนุรักษ์มวล:

มวลของสารที่เข้าสู่ปฏิกิริยาเคมีเท่ากับมวลของสารที่ได้รับจากปฏิกิริยา

การค้นพบกฎการอนุรักษ์มวลทำให้เกิดผลกระทบร้ายแรงต่อทฤษฎีโฟลจิสตันที่ผิดพลาด ซึ่งมีส่วนทำให้เคมีมีการพัฒนาอย่างรวดเร็วยิ่งขึ้น จากกฎการอนุรักษ์มวล สสารไม่สามารถเกิดขึ้นจากความว่างเปล่าและกลายเป็นความว่างเปล่าได้ สารจะเปลี่ยนเป็นกันและกันเท่านั้น

ตัวอย่างเช่น เมื่อเทียนไหม้ มวลของเทียนจะลดลง สันนิษฐานได้ว่าสารที่ใช้ทำเทียนจะหายไปอย่างไร้ร่องรอย จริงๆแล้วสิ่งนี้ไม่เป็นความจริง ในกรณีนี้จะไม่คำนึงถึงสารทั้งหมดที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเคมีของการเผาไหม้เทียน

เทียนไหม้เพราะมีออกซิเจนอยู่ในอากาศ ดังนั้นพาราฟินซึ่งเป็นสารที่ใช้ทำเทียนจึงทำปฏิกิริยากับออกซิเจน ในกรณีนี้จะเกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และไอน้ำซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยาหากคุณวัดมวลของผลิตภัณฑ์ที่เกิดปฏิกิริยา คาร์บอนไดออกไซด์และไอน้ำ มวลของมันจะเท่ากับมวลของพาราฟินและออกซิเจนที่ทำปฏิกิริยา ในกรณีนี้ ไม่สามารถมองเห็นผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยาได้

ในห้องปฏิบัติการสามารถพิสูจน์กฎการอนุรักษ์มวลได้ดังนี้ จำเป็นต้องใส่สารบางชนิดที่สามารถทำปฏิกิริยากับออกซิเจนลงในขวดได้ ปิดขวดด้วยจุกแล้วชั่งน้ำหนัก จากนั้นให้ตั้งขวดให้ร้อน เมื่อถูกความร้อนสารจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนที่มีอยู่ในอากาศ เมื่อขวดเย็นลงแล้ว ให้ชั่งน้ำหนักอีกครั้ง มวลของขวดจะยังคงเท่าเดิม

กฎการอนุรักษ์มวลถูกค้นพบแล้ว เอ็มวี โลโมโนซอฟในปี ค.ศ. 1748ในปี พ.ศ. 2316 นักเคมีชาวฝรั่งเศสได้รับผลการทดลองเดียวกันโดยไม่ขึ้นอยู่กับ Lomonosov อองตวน โลรองต์ ลาวัวซิเยร์.

การคำนวณโดยใช้กฎการอนุรักษ์มวล

เมื่อใช้กฎการอนุรักษ์มวล คุณสามารถคำนวณมวลของสารตัวใดตัวหนึ่งที่เกิดปฏิกิริยาหรือสารตัวใดตัวหนึ่งที่เกิดขึ้นได้ หากทราบมวลของสารอื่นๆ ทั้งหมด

เมื่อเหล็กเผาไหม้ในออกซิเจน จะเกิดเกล็ดเหล็กที่เรียกว่า หากทำปฏิกิริยาจะมีมวลของเกล็ดเหล็กเป็นเท่าใด เหล็ก 5.6 กรัม และออกซิเจน 3.2 กรัม?

จากกฎการอนุรักษ์มวล มวลรวมของเหล็กและออกซิเจน (รีเอเจนต์) เท่ากับมวลของเกล็ดเหล็ก (ผลิตภัณฑ์) ดังนั้นมวลของเกล็ดเหล็กจึงเท่ากับ 5.6 ก. + 3.2 ก. = 8.8 ก.

ลองดูอีกตัวอย่างหนึ่ง เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านน้ำ น้ำจะสลายตัวเป็นสารอย่างง่าย ได้แก่ ไฮโดรเจนและออกซิเจน ถ้าได้ไฮโดรเจน 1.3 กรัมจากน้ำ 12 กรัม จะมีมวลของออกซิเจนเป็นเท่าใด

เพื่อความชัดเจน เรามาวาดไดอะแกรมของกระบวนการที่กำลังดำเนินอยู่ แทนมวลของออกซิเจนกัน เป็น X กรัม:

• กฎการอนุรักษ์มวลสารที่ค้นพบโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย M.V. โลโมโนซอฟ
• การกำหนดกฎการอนุรักษ์มวล: มวลของสารที่เข้าสู่ปฏิกิริยาเคมีจะเท่ากับมวลของสารที่ได้รับจากปฏิกิริยาเสมอ
  

ในบทที่ 11 "" จากหลักสูตร " เคมีสำหรับหุ่น“ เราจะกำหนดกฎการอนุรักษ์มวลและกฎการอนุรักษ์พลังงาน ทำความคุ้นเคยกับการค้นพบของ Lomonosov และทำซ้ำพื้นฐานทางเคมีบางอย่างจากบทที่แล้ว ในบทเรียนนี้ เราจะเปิดหัวข้อถัดไปของหลักสูตรซึ่งมีชื่อว่า "กฎการอนุรักษ์มวลและพลังงาน" ดังนั้น เพื่อที่คุณจะได้ไม่มีคำถามเกี่ยวกับบทเรียนนี้ อย่าลืมศึกษาบทเรียนทั้งหมดจากหัวข้อแรก “อะตอม โมเลกุล และไอออน”

ความคิดที่ว่าทุกสิ่งในโลกประกอบด้วยอะตอมที่มีต้นกำเนิดมาก่อนยุคของเรา เดโมคริตุส นักปรัชญาชาวกรีกโบราณเชื่อว่าสสารทั้งหมดประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กที่แบ่งแยกไม่ได้ - อะตอมซึ่งแต่ละอะตอมมีคุณสมบัติเฉพาะตัวว่าคุณสมบัติของสารถูกกำหนดโดยตำแหน่งสัมพัทธ์ที่สัมพันธ์กัน ดังนั้น ความคิดของเขาจึงเป็นเพียงเวอร์ชันดั้งเดิมของสิ่งที่นำเสนอในส่วนที่ 1 “อะตอม โมเลกุล และไอออน” สิ่งนี้ทำให้เกิดคำถาม: เหตุใดชาวกรีกโบราณจึงไม่ใช้ประโยชน์จากสมมติฐานของพรรคเดโมคริตุสและเรียนรู้วิธีรับพลังงานปรมาณู เหตุใดจึงต้องใช้เวลาอีก 2,000 ปีก่อนที่วิทยาศาสตร์จะถึงระดับปัจจุบัน? เหตุผลหนึ่งก็คือชาวกรีกโบราณไม่มีความคิดเกี่ยวกับเรื่องนี้ กฎการอนุรักษ์สสารและแน่นอนเกี่ยวกับ กฎการอนุรักษ์พลังงาน

นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียผู้ยิ่งใหญ่ M.V. Lomonosov ในปี 1748 เป็นคนแรกที่ตระหนักว่ามวลเป็นคุณสมบัติพื้นฐานที่ได้รับการอนุรักษ์ไว้ในกระบวนการเกิดปฏิกิริยาเคมี เขากำหนดกฎหมายที่ระบุว่ามวลรวมของผลิตภัณฑ์ทั้งหมดของการเปลี่ยนแปลงทางเคมีจะต้องตรงกับมวลรวมของสารตั้งต้นทุกประการ นอกเหนือจากมวลรวมของสารแล้ว จำนวนอะตอมของแต่ละประเภทจะถูกเก็บรักษาไว้ในปฏิกิริยาเคมี โดยไม่คำนึงว่าพวกมันจะมีส่วนร่วมในการเปลี่ยนแปลงที่ซับซ้อนเพียงใดและพวกมันผ่านจากโมเลกุลหนึ่งไปยังอีกโมเลกุลหนึ่งได้อย่างไร

ปฏิกิริยาเคมีจะต้องอนุรักษ์พลังงานด้วย ข้อสรุปที่สำคัญทางเคมีจากกฎข้อนี้ก็คือ การดูดซับหรือการปล่อยความร้อน (ความร้อนของปฏิกิริยา) ในปฏิกิริยาเคมีเฉพาะนั้นไม่ได้ขึ้นอยู่กับว่าปฏิกิริยานั้นเกิดขึ้นในขั้นตอนเดียวหรือมากกว่านั้นหรือไม่ ตัวอย่างเช่น ความร้อนที่เกิดขึ้นโดยตรงจากการเผาไหม้ของก๊าซไฮโดรเจนและกราไฟต์ (รูปแบบหนึ่งของคาร์บอน) จะต้องเหมือนกับความร้อนที่เกิดขึ้นเมื่อใช้ไฮโดรเจนและคาร์บอนเพื่อผลิตน้ำมันเบนซินสังเคราะห์ และน้ำมันเบนซินนั้นจะถูกใช้เป็นเชื้อเพลิง หากปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาจากหนึ่งในสองตัวเลือกปฏิกิริยาที่อธิบายไว้ข้างต้นไม่เท่ากัน ก็เป็นไปได้ที่จะใช้ประโยชน์จากสิ่งนี้และดำเนินการปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นในทิศทางเดียว และปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพน้อยกว่าในทิศทางตรงกันข้าม ผลลัพธ์ที่ได้คือแหล่งความร้อนไร้เชื้อเพลิงแบบวงจรซึ่งให้พลังงานอิสระอย่างต่อเนื่อง แต่สิ่งเหล่านี้เป็นเพียงความฝันเกี่ยวกับกลไกการเคลื่อนที่ชั่วนิรันดร์ การสร้างสรรค์ซึ่งถูกทำลายลงกับกำแพงที่ไม่สั่นคลอนของกฎการอนุรักษ์มวลและพลังงาน

: ในระหว่างปฏิกิริยาเคมี ไม่มีอะตอมเกิดขึ้นหรือถูกทำลาย

กฎหมายว่าด้วยการอนุรักษ์พลังงาน: หากผลรวมของสองปฏิกิริยาแทนปฏิกิริยาใหม่อันที่สาม ความร้อนของปฏิกิริยาที่สามจะเท่ากับผลรวมของความร้อนของสองปฏิกิริยาแรก กล่าวกันว่าผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเป็นการเติมแต่ง คุณจะได้เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับกฎการอนุรักษ์ความร้อนในตอนท้ายของบทนี้ ซึ่งทุกอย่างจะเรียบง่ายและชัดเจน

อย่างไรก็ตามในปี ค.ศ. 1756 Lomonosov ได้ทำการทดลองยืนยันกฎเคมีแห่งการอนุรักษ์มวลโดยการยิงโลหะในภาชนะที่ปิดสนิท แทนที่จะยิงโลหะ คุณสามารถเผาฟลูออรีนในภาชนะที่ปิดสนิทได้ โดยยังคงปฏิบัติตามกฎการอนุรักษ์มวล:

ขอย้ำอีกครั้งว่าไม่ใช่ความหนาแน่นหรือปริมาตร แต่เป็นมวลซึ่งเป็นคุณสมบัติพื้นฐานที่คงไว้ระหว่างปฏิกิริยาเคมี และทันทีที่นักเคมีตระหนักถึงสิ่งนี้ พวกเขาก็รีบค้นหามาตราส่วนมวลอะตอมที่ถูกต้องสำหรับแต่ละธาตุทันที ในบทที่ 3 “โครงสร้างโมเลกุล” เราตั้งข้อสังเกตไว้เช่นนั้น มวลโมเลกุลของโมเลกุลคำนวณจากผลรวมของมวลอะตอมทั้งหมดของอะตอมที่รวมอยู่ในองค์ประกอบของมัน และจากบทที่ 5 “มวลโมลและกราม” เราก็รู้แล้ว ตุ่นของสารใดๆ ก็คือปริมาณที่จำนวนอนุภาคของสารนี้เท่ากับ 6.022·10 23 มวลของสารหนึ่งโมลมีหน่วยเป็นกรัม เรียกว่า มวลของสารหนึ่งโมล มวลฟันกราม. มวลโมลและมวลโมลาร์เป็นแนวคิดที่สำคัญที่สุด โดยที่คุณไม่สามารถคำนวณทางเคมีได้

โมลเป็นเพียงวิธีการนับอะตอมและโมเลกุลในหน่วย 6.022 x 10 23 หากทราบว่าก๊าซไฮโดรเจน H 2 สองโมเลกุลทำปฏิกิริยากับก๊าซออกซิเจนหนึ่งโมเลกุล O 2 ทำให้เกิดน้ำสองโมเลกุล H 2 O เราก็สามารถทำนายได้ว่า H 2 จำนวน 2 โมล กล่าวคือ 4.032 กรัมจะทำปฏิกิริยากับ O 2 1 โมล กล่าวคือ ด้วย 31.999 กรัม โดยมีการสร้าง H 2 O 2 โมล เช่น 36.031 กรัม) ผลรวมตรวจสอบ 4.032+31.999=36.031 ยืนยันว่ากฎเคมีอนุรักษ์มวลเป็นไปตามปฏิกิริยานี้

บทที่ 11 " การกำหนดกฎการอนุรักษ์มวลและพลังงาน"เป็นการทำซ้ำเนื้อหาที่ครอบคลุมแล้วก่อนที่จะดำดิ่งลงสู่หัวข้อเคมีที่จริงจังยิ่งขึ้น ฉันหวังว่าคุณจะค้นพบสิ่งใหม่และน่าสนใจในบทเรียนนี้ หากคุณมีคำถามใด ๆ เขียนไว้ในความคิดเห็น

M.V. Lomonosov กำหนดกฎการอนุรักษ์มวลของสสารขึ้นครั้งแรกในปี 1748 และยืนยันการทดลองโดยใช้ตัวอย่างการยิงโลหะในภาชนะที่ปิดสนิทในปี 1756 ถ้อยคำของกฎหมายในปัจจุบันมีดังนี้:

กฎหมายนี้ก่อตั้งขึ้นเมื่อปี พ.ศ. 2332 โดยไม่คำนึงถึง Lomonosov นักเคมีชาวฝรั่งเศส Lavoisier ซึ่งแสดงให้เห็นว่าในระหว่างปฏิกิริยาเคมีไม่เพียง แต่รักษามวลรวมของสารไว้เท่านั้น แต่ยังรวมถึงมวลของแต่ละองค์ประกอบที่ประกอบเป็นสารที่ทำปฏิกิริยาด้วย

M.V. Lomonosov เชื่อมโยงกฎการอนุรักษ์มวลของสารกับกฎการอนุรักษ์พลังงาน (ปริมาณการเคลื่อนที่) เขาถือว่ากฎเหล่านี้มีความเป็นเอกภาพเป็นกฎทั่วไปของธรรมชาติ โลโมโนซอฟ เขียนว่า:

“การเปลี่ยนแปลงในธรรมชาติทั้งปวงที่เกิดขึ้นนั้นเป็นสภาวะที่เมื่อเอาออกไปจากร่างหนึ่งมากเท่าไร ก็จะถูกเพิ่มเข้าไปในอีกร่างหนึ่งมากเท่านั้น ดังนั้นหากสิ่งเล็กน้อยหายไปที่ไหนสักแห่ง มันก็จะทวีคูณขึ้นที่อื่น กฎธรรมชาติสากลนี้ขยายไปถึงกฎแห่งการเคลื่อนที่ เพราะว่าร่างกายที่เคลื่อนไหวอีกสิ่งหนึ่งด้วยกำลังของมันจะสูญเสียมันไปจากตัวมันเองมากพอๆ กับที่มันส่งไปยังอีกสิ่งหนึ่งซึ่งรับการเคลื่อนไหวจากมัน”

มุมมองของ Lomonosov ได้รับการยืนยันจากวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ ในปี พ.ศ. 2448 ก. ไอน์สไตน์แสดงให้เห็นว่าระหว่างมวลกาย ( ม

) และพลังงานของมัน ( อี

) มีความสัมพันธ์ที่แสดงโดยสมการ:

– ความเร็วแสงในสุญญากาศ

กฎการอนุรักษ์มวลเป็นพื้นฐานสำคัญในการจัดทำสมการปฏิกิริยาเคมี

คุณสมบัติขององค์ประกอบ VA และ VIA
วัตถุประสงค์ของงาน: เพื่อศึกษาคุณสมบัติทางเคมีของธาตุ ได้แก่ ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส ออกซิเจน และซัลเฟอร์ ไนโตรเจนและฟอสฟอรัสเป็นองค์ประกอบของกลุ่ม VA ของตารางธาตุ ที่ระดับพลังงานภายนอกของอะตอม...

แนวคิดพื้นฐานของเคมี

เคมีเป็นศาสตร์แห่งสสาร กฎของการเปลี่ยนแปลง (คุณสมบัติทางกายภาพและเคมี) และการประยุกต์ ปัจจุบันมีการรู้จักสารประกอบอนินทรีย์มากกว่า 100,000 ชนิดและสารประกอบอินทรีย์มากกว่า 4 ล้านชนิด

ปรากฏการณ์ทางเคมี: สารบางชนิดถูกเปลี่ยนเป็นสารอื่นที่แตกต่างจากสารดั้งเดิมในด้านองค์ประกอบและคุณสมบัติในขณะที่องค์ประกอบของนิวเคลียสของอะตอมไม่เปลี่ยนแปลง

ปรากฏการณ์ทางกายภาพ: สถานะทางกายภาพของสารเปลี่ยนแปลง (การกลายเป็นไอ การหลอมเหลว การนำไฟฟ้า การปลดปล่อยความร้อนและแสง ความสามารถในการอ่อนตัว ฯลฯ) หรือสารใหม่เกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของนิวเคลียสของอะตอม

1. สารทั้งหมดประกอบด้วยโมเลกุล โมเลกุลเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุดของสารที่มีคุณสมบัติทางเคมี

2. โมเลกุลประกอบด้วยอะตอม อะตอมเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุดขององค์ประกอบทางเคมีที่ยังคงคุณสมบัติทางเคมีทั้งหมดไว้ ธาตุต่างมีอะตอมต่างกัน

3. โมเลกุลและอะตอมมีการเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่อง มีแรงดึงดูดและแรงผลักระหว่างกัน

องค์ประกอบทางเคมีคืออะตอมประเภทหนึ่งที่มีลักษณะเฉพาะด้วยประจุนิวเคลียร์และโครงสร้างของเปลือกอิเล็กตรอน ปัจจุบันรู้จักองค์ประกอบ 110 รายการ: 89 รายการพบในธรรมชาติ (บนโลก) ส่วนที่เหลือได้มาจากการประดิษฐ์ อะตอมมีอยู่ในสถานะอิสระในสารประกอบที่มีอะตอมของธาตุเดียวกันหรือธาตุอื่น ๆ ก่อตัวเป็นโมเลกุล ความสามารถของอะตอมในการโต้ตอบกับอะตอมอื่นและสร้างสารประกอบทางเคมีนั้นพิจารณาจากโครงสร้างของมัน อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีประจุบวกและอิเล็กตรอนที่มีประจุลบเคลื่อนที่ไปรอบๆ นิวเคลียส ก่อให้เกิดระบบที่เป็นกลางทางไฟฟ้าซึ่งเป็นไปตามลักษณะของกฎของระบบไมโคร

นิวเคลียสของอะตอมเป็นส่วนสำคัญของอะตอม ประกอบด้วยโปรตอน Z และนิวตรอน N ซึ่งอะตอมส่วนใหญ่มีความเข้มข้น

ประจุนิวเคลียร์เป็นบวก โดยมีขนาดเท่ากับจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสหรืออิเล็กตรอนในอะตอมที่เป็นกลาง และเกิดขึ้นพร้อมกับเลขอะตอมขององค์ประกอบในตารางธาตุ ผลรวมของโปรตอนและนิวตรอนของนิวเคลียสอะตอมเรียกว่าเลขมวล A = Z + N

ไอโซโทปเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่มีประจุนิวเคลียร์เหมือนกัน แต่มีมวลต่างกันเนื่องจากจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสต่างกัน

ปฏิกิริยาเคมี ประเภทของปฏิกิริยาเคมี

ปฏิกิริยาเคมี- นี้การเปลี่ยนแปลงของสารหนึ่งไปสู่อีกสารหนึ่ง รีเอเจนต์ - สารที่เข้าสู่ปฏิกิริยาเคมี ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา - สารที่ได้รับหลังปฏิกิริยาเคมีปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้น ดูดความร้อน(มีการดูดซึมพลังงาน) และ คายความร้อน(พร้อมการปล่อยพลังงาน) การเผาไหม้มีเทนเป็นตัวอย่างทั่วไปของปฏิกิริยาคายความร้อน

ประเภทของปฏิกิริยาเคมี - ปรากฏการณ์ที่สารบางชนิดถูกแปลงเป็นสารอื่นเรียกว่าปฏิกิริยาเคมี

การเชื่อมต่อ
เอ+บี=เอบี
จากสารเชิงเดี่ยวหรือเชิงซ้อนหลายชนิดจะเกิดสารเชิงซ้อนขึ้นมา: CaO+H 2 O=Ca(OH) 2
PbO+SiO 2 = PbSiO 3

การสลายตัว
เอบี = เอ + บี
สารเชิงซ้อนหรือสารเชิงซ้อนหลายชนิดเกิดจากสารเชิงซ้อน: Cu(OH) 2 = CuO+H 2 O; CaCO 3 = CaO+CO 2

การเปลี่ยนตัว
เอ+บีซี=เอซี+บี
อะตอมของสารเชิงเดี่ยวแทนที่หนึ่งในอะตอมของสารเชิงซ้อน: CuSO 4 +Fe=FeSO 4 +Cu;2KBr+Cl 2 =2KCl+Br 2

แลกเปลี่ยน
AB + ซีดี = โฆษณา + CB
สารเชิงซ้อนจะแลกเปลี่ยนส่วนประกอบกัน: AgNO3+KBr=AgBr ;NaOH+HCl=NaCl+H 2 O

กฎการอนุรักษ์มวลของสาร

M.V. Lomonosov (1748) มวลของสารในปฏิกิริยา = มวลของสารที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยา

ทฤษฎีอะตอม - โมเลกุลอธิบายกฎนี้ดังต่อไปนี้: เป็นผลมาจากปฏิกิริยาเคมี อะตอมจะไม่หายไปหรือปรากฏขึ้น แต่มีการจัดเรียงใหม่เกิดขึ้น (เช่น การเปลี่ยนแปลงทางเคมีเป็นกระบวนการทำลายพันธะบางอย่างระหว่างอะตอมและก่อตัวเป็นพันธะอื่น ๆ ดังที่ ซึ่งเป็นผลมาจากการที่สารโมเลกุลดั้งเดิมได้โมเลกุลของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา) เนื่องจากจำนวนอะตอมก่อนและหลังปฏิกิริยายังคงไม่เปลี่ยนแปลง มวลรวมจึงไม่ควรเปลี่ยนแปลงเช่นกัน มวลถูกเข้าใจว่าเป็นปริมาณที่แสดงลักษณะของสสาร

ในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 มีการแก้ไขการกำหนดกฎการอนุรักษ์มวลโดยเกี่ยวข้องกับการกำเนิดของทฤษฎีสัมพัทธภาพ (A. Einstein, 1905) ซึ่งมวลของร่างกายขึ้นอยู่กับความเร็วและ ดังนั้นไม่เพียงแต่แสดงลักษณะปริมาณของสสารเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการเคลื่อนไหวของมันด้วย พลังงาน E ที่ร่างกายได้รับสัมพันธ์กับการเพิ่มขึ้นของมวล m โดยความสัมพันธ์ E = m c 2 โดยที่ c คือความเร็วแสง อัตราส่วนนี้ไม่ได้ใช้ในปฏิกิริยาเคมีเพราะว่า พลังงาน 1 กิโลจูลสอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงของมวลประมาณ 10 -11 กรัม และในทางปฏิบัติแล้ว m ไม่สามารถวัดได้ ในปฏิกิริยานิวเคลียร์ โดยที่ E มากกว่าปฏิกิริยาเคมี ~10 ถึง 6 เท่า ควรคำนึงถึง m ด้วย

ตามกฎการอนุรักษ์มวลเป็นไปได้ที่จะสร้างสมการของปฏิกิริยาเคมีและทำการคำนวณโดยใช้พวกมัน เป็นพื้นฐานของการวิเคราะห์ทางเคมีเชิงปริมาณ

กฎแห่งความคงตัวขององค์ประกอบ

Proust (1799-1803) สารบริสุทธิ์ทุกชนิด โดยไม่คำนึงถึงสถานที่และวิธีการผลิต มีองค์ประกอบเชิงปริมาณและคุณภาพคงที่

กฎความคงตัวขององค์ประกอบถูกกำหนดขึ้นครั้งแรกโดยนักเคมีชาวฝรั่งเศส J. Proust ในปี 1808 เขาเขียนว่า: “จากขั้วหนึ่งของโลกไปยังอีกขั้วหนึ่งสารประกอบมีองค์ประกอบเหมือนกันและมีคุณสมบัติเหมือนกัน ไม่มีความแตกต่างระหว่างเหล็กออกไซด์ จากซีกโลกใต้และซีกโลกเหนือ Malachite จากไซบีเรียมีองค์ประกอบเช่นเดียวกับ Malachite จากสเปน ทั่วโลกมีชาดเพียงแห่งเดียวเท่านั้น”

กฎหมายว่าด้วยการอนุรักษ์พลังงาน

เมเยอร์. พลังงานในระบบปิดตามอำเภอใจ ในระหว่างกระบวนการใดๆ ที่เกิดขึ้นในระบบ จะยังคงค่าคงที่และส่งผ่านจากรูปแบบหนึ่งไปยังอีกรูปแบบหนึ่งเท่านั้น

กฎหมายอนุรักษ์พลังงาน: อยู่ในระหว่างการแยกตัว ในระบบ พลังงานของระบบจะคงที่ เฉพาะการเปลี่ยนจากพลังงานประเภทหนึ่งไปยังอีกประเภทหนึ่งเท่านั้นที่เป็นไปได้ ในอุณหพลศาสตร์ของการอนุรักษ์พลังงาน กฎหมายสอดคล้องกับกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ซึ่งแสดงโดยสมการ Q = U + W โดยที่ Q คือปริมาณความร้อนที่ส่งให้กับระบบ U คือการเปลี่ยนแปลงภายใน . พลังงานของระบบ W คืองานที่ระบบทำ กรณีพิเศษของการอนุรักษ์พลังงานตามกฎของ Hess แนวคิดเรื่องพลังงานได้รับการแก้ไขโดยเกี่ยวข้องกับการกำเนิดของทฤษฎีสัมพัทธภาพ (A. Einstein, 1905): พลังงานทั้งหมด E เป็นสัดส่วนกับมวล m และสัมพันธ์กัน โดยความสัมพันธ์ E = mc 2 โดยที่ c คือความเร็วแสง ดังนั้น มวลจึงสามารถแสดงเป็นหน่วยของพลังงานได้ และสามารถกำหนดกฎทั่วไปของการอนุรักษ์มวลและพลังงานได้: ในไอโซลีรา ระบบ ผลรวมของมวลและพลังงานจะคงที่ และมีเพียงการแปลงอัตราส่วนที่เทียบเท่ากันอย่างเคร่งครัดของพลังงานบางรูปแบบไปเป็นอัตราส่วนอื่นเท่านั้น และการเปลี่ยนแปลงมวลและพลังงานที่เกี่ยวข้องกันเท่านั้นจึงเป็นไปได้

กฎการอนุรักษ์ขน พลังงานถูกกำหนดครั้งแรกโดย G. Leibniz ในปี 1686 จากนั้น J. Mayer ในปี 1841, J. Joule ในปี 1843 และ G. Helmholtz ในปี 1847 ได้ค้นพบการทดลองกฎการอนุรักษ์พลังงานในปรากฏการณ์ที่ไม่ใช่เชิงกล