Dédanyáink és nagyanyáink vizes lepedőbe csavarták a lázas beteget. Elavult ez a módszer, vagy ma is megállja a helyét?Hogyan lehet az, hogy két szobahőmérsékletű szilárd anyagot összekeverve fagyáspont alatti hőmérsékletet tudunk elérni?Miért fázunk, ha vizesen kiszállunk a medencéből?

A kémiai változások során a kiindulási anyagokban a kémiai kötések felbomlanak és új kötések alakulnak ki. A kémiai reakciókat és a fizikai változásokat energiaváltozás kísérheti. Ennek alapján a változások két csoportját különböztetjük meg. Vannak olyan változások, amelyek végbemeneteléhez nekünk kell energiát közölnünk, és vannak, amelyek energia termelésével járnak.

Az endoterm reakciók jellemzői:A keletkezett anyagok belső energiája nagyobb, mint a kiindulási anyagoké.Az energia a környezetből vonódik el.Általában energiabefektetéssel (hőközléssel, elektromos áram segítségével) mennek végbe.A természetben kevés reakció endoterm. Ilyen például a növények levelében végbemenő fotoszintézis, melynek termokémiai egyenlete:6 CO₂(g) 6 H₂O(f) = C₆H₁₂O₆(aq) 6 O₂(g)Δ_rH = 2802,5 kJ/mol

Endoterm folyamat során a rendszer energiát vesz fel a környezetéből, energiát nyer, így az energiaváltozás előjele pozitív: ΔE > 0.

A kémiának a kémiai reakciókat kísérő energiaváltozásokkal foglalkozó ága. A termokémiai egyenletek a vegyjelek és képletek mellett az anyagok halmazállapotát is tartalmazzák.

Az exoterm reakciók jellemzői:A keletkezett anyagok (termékek) belső energiája kisebb, mint a kiindulási anyagoké.A különbség hőenergiává alakul, melegíti a környezetét.A reakciókat gyakran kíséri fényjelenség.Maguktól végbemehetnek.Beindulásukhoz aktiválási energiára, vagy katalizátorra lehet szükség.Például ilyen a víz képződése, illetve a kénsav és a cukor reakciója. Az égés mindig exoterm folyamat. Ezt használjuk ki télen, amikor a gázkazánokban elégetjük a metánt.Az égés termokémiai egyenlete:CH₄(g) 2 O₂(g) = CO₂(g) 2 H₂O(f)∆_rH = -890 kJ/molMit tudunk az egyenletből kiolvasni?1 mol CH₄-gáz reagál 2 mol O₂-gázzal1 mol CO₂-gáz és 2 mol folyékony víz keletkezikközben 890 kJ energia szabadul felVáltozna-e a felszabaduló energia mennyisége, ha...

Exoterm folyamat során a rendszer energiát ad le, a hőváltozás előjele ilyenkor negatív: ΔE < 0.

A reakcióhő megmutatja a kémiai változásban elnyelt vagy felszabadult hőmennyiséget, ha a termokémiai egyenletből feltüntetett minőségű, mennyiségű és állapotú anyagok alakulnak át. Mértékegysége: kJ/mol. Előjele pozitív, ha a reakció endoterm, és negatív, ha exoterm. Jele: ∆_rH.

A képződéshő annak a reakciónak a reakcióhője, amelyben a vegyület 1 mólja standard körülmények között stabilis elemeiből képződik. Mértékegysége: kJ/mol. Jele: ∆_kH.A képződéshő egy speciális reakcióhő. Azt fejezi ki, hogy mekkora a hőváltozás 1 mol anyag határozott állapotú elemeiből való képződésekor.Mi képződik? egy vegyületMennyi vegyület képződik? 1 molMiből képződik? elemeiből

A reakcióhő megmutatja a kémiai változásban elnyelt vagy felszabadult hőmennyiséget, ha a termokémiai egyenletből feltüntetett minőségű, mennyiségű és állapotú anyagok alakulnak át. Mértékegysége: kJ/mol. Előjele pozitív, ha a reakció endoterm, és negatív, ha exoterm. Jele: ∆_rH.

H₂O(g) C(sz) → CO(g) H₂(g)∆_rH = 132 kJ/mol Ez azt jelenti, hogy 1 mol vízgőz és 1 mol szilárd szén közötti kémiai reakció energiaigénye 132 kJ, mivel a folyamat endoterm.

A képződéshő annak a reakciónak a reakcióhője, amelyben a vegyület 1 mólja standard körülmények között stabilis elemeiből képződik. Mértékegysége: kJ/mol. Jele: ∆_kH.A képződéshő egy speciális reakcióhő. Azt fejezi ki, hogy mekkora a hőváltozás 1 mol anyag határozott állapotú elemeiből való képződésekor.Mi képződik? egy vegyületMennyi vegyület képződik? 1 molMiből képződik? elemeiből

A HI (hidrogén-jodid) képződéshője az alábbi folyamat reakcióhőjével azonos érték:½ H₂(g) ½ I₂(sz) = HI(g)∆_kH = 26 kJ/molA H₂O(f) képződéshője az alábbi folyamat reakcióhőjével azonos érték:H₂(g) ½ O₂(g) = H₂O(f)∆_kH = -286 kJ/mol

Állapítsd meg, hogy az alábbi folyamatok reakcióhője miért NEM képződéshő!A) H₂(g) ½ O₂(g) = H₂O(g)B) H₂(g) I₂(sz) = 2 HI(g)C) 2CO(g) O₂(g) = 2 CO₂(g)

A) Standard állapotban a víz folyadék. B) 2 mol HI keletkezett 1 mol helyett. C) Nem elemi állapotúak a kiindulási anyagok.

Az elemek standard állapotban stabilis formájának képződéshője a megegyezés alapján nulla. A reakcióhő a képződéshők ismeretében egyszerűen kiszámítható, ha a keletkezett anyagok képződéshőinek összegéből kivonjuk a kiindulási anyagok képződéshőinek összegét:

CO(g) H₂O(f) = CO₂(g) H₂(g)A vegyületek, illetve a ∆_kH [kJ/mol] képződéshők:CO(g): ∆_kH = -110,5 kJ/molCO₂(g): ∆_kH = -393 kJ/molH₂O(f): ∆_kH = -286 kJ/molTehát a reakcióhő:∆_rH = -393 kJ/mol - [-110,5 kJ/mol (- 286 kJ/mol)] = 3,5 kJ/mol

Ca(sz) 2 H₂O(f) = Ca(OH)₂(sz) H₂(g)Tudjuk, hogy az elemek képződéshője nulla.A vegyületek, illetve a ∆_kH [kJ/mol] képződéshők:Ca(OH)₂: ∆_kH = -987 kJ/molCO₂(g): ∆_kH = -393 kJ/molH₂O(f): ∆_kH = -286 kJ/molTehát a reakcióhő:∆_rH = [1 mol • (-987 kJ/mol) 1 mol • (0 kJ/mol)] - [1 mol • (0 kJ/mol) 2 mol • (-286 kJ/mol)] = -415 kJ/mol

A termokémia főtétele, a Hess-tétel kimondja, hogy a reakcióhő független a részfolyamatok minőségétől, sorrendjétől és lefolyásuk idejétől, csak a kiindulási és végállapottól függ.

A kalcium-karbonátból kétféle úton állíthatunk elő kalcium-kloridot. Mindkét esetben a reakcióhő -83 kJ/mol lesz.1. eset: CaCO₃(sz) 2 HCl(g) = CaCl₂(sz) H₂O(f) CO₂(g)∆_rH₁ = -83 kJ/mol2. eset: CaCO₃(sz) = CaO(sz) CO₂(g)∆_rH₂ = 178 kJ/molCaO(sz) HCl(g) = CaCl₂(sz) H₂O(f)∆_rH₃ = -261 kJ/molHess tétele alapján:∆_rH₁ = ∆_rH₂ ∆_rH₃-83 kJ/mol = 178 kJ/mol (-261 kJ/mol)-83 kJ/mol = -83 kJ/mol

Ha szenet oxigén feleslegben égetünk el: C O₂ = CO₂∆_rH₁ = -393,5 kJ/mol,akkor pontosan akkora energia szabadul fel, mintha első lépésben szén-monoxidot állítanánk elő:C 0,5 O₂ = CO∆_rH₂ = -110,5 kJ/mol,majd ezt egy második lépésben szén-dioxiddá alakítanánk:CO 0,5 O₂ = CO₂∆_rH₃ = -283,0 kJ/mol.Hess tétele alapján:∆_rH₁ =∆_rH₂ ∆_rH₃-393,5 kJ/mol = -110,5 kJ/mol (-283,0 kJ/mol)-393,5 kJ/mol = -393,5 kJ/mol

A standard állapotú elemek képződéshője (definíció szerint) 0.Hess tétele: A reakcióhő független attól, hogy milyen úton jutott el a rendszer a kiindulási állapotból a végállapotba. A reakcióhő értéke csak a kiindulási és a keletkezett anyagoktól függ.Reakcióhő = [keletkezett anyagok képződéshőjének összege] - [kiindulási anyagok képződéshőjének összege].Képződéshő = annak a folyamatnak a reakcióhője, amelynek során a vegyület 1 mólja standardállapotú elemeiből képződik.Ellentétes irányú folyamat reakcióhője = a reakcióhő ellentettje.

Túlhűtésnek azt nevezzük, amikor egy folyadékot a fagyáspontja alá hűtünk anélkül, hogy megfagyna. Ilyenkor a folyadék metastabil állapotba kerül, és kis kristálycsírák jelennek meg benne. A túlhűtött folyadékban mechanikai ráhatással (ütéssel vagy rázással) elindítható a kristályosodás, ami nagyon gyors lehet, és a folyadék a szemünk láttára fagyhat meg.A szénsavas víz a nagy nyomás miatt nulla foknál kisebb hőmérsékleten még folyékony halmazállapotú. Ez a stabil állapota. A víz fázisdiagramján ez jól látható.

A palack kinyitásával a benne lévő gázok egy része eltávozik, a nyomás lecsökken. A víz így túlhűtötté válik. Ekkor már a szilárd halmazállapot a stabil formája. Tehát ez egy metastabil állapota, így mechanikai behatással, például rázással elindítható a kristályosodás.

Töltsünk 3 Erlenmeyer-lombikba 100-100 cm³ desztillált vizet, és mérjük meg a hőmérsékletüket! Az észlelt adatot rögzítsük!Adjunk az első lombikban lévő vízhez 3 gramm kálium-nitrátot! Üvegbot segítségével keverjük össze a lombik tartalmát! Folyamatosan mérjük az oldat hőmérsékletét! Rögzítsük a kiindulásitól leginkább eltérő adatot!A második Erlenmeyer-lombikban lévő vízhez adjunk 6 gramm kálium-nitrátot, keverjük el üvegbottal, mérjük meg a hőmérsékletét! Rögzítsük a desztillált vízétől leginkább eltérő adatot!Végezzük el a fenti mérést 9 grammnyi kálium-nitrát hozzáadásával is, és rögzítsük a kiindulásitól leginkább eltérő adatot!Ábrázoljuk grafikonon a mérési adatokat!

A desztillált víz hőmérséklete csökken. Minél több kálium-nitrátot oldunk, annál alacsonyabb lesz az oldat hőmérséklete.

A kálium-nitrát oldódása endoterm folyamat. Az egyes anyagok oldódásakor bekövetkező energiaváltozást a hidratációhő és a rácsenergia értéke határozza meg. Az ionrács felbontásához nagyobb energia szükséges, mint ami az egyes ionok hidratációjakor felszabadul, ezért az oldódáshoz szükséges energiát a környezetből vonja el a rendszer.A nagyobb tömegű, ezért nagyobb anyagmennyiségű kálium-nitrát oldódását nagyobb energiaváltozás kíséri, ezért a só tömegének növelésével a hőmérséklet csökken.

1.A vattadugóval lezárt kémcsőben jódkristály található.2.Töltsünk 50 cm³ desztillált vizet a főzőpohárba!3.Tegyünk két vegyszeres kanálnyi szilárd nátrium-hidroxidot a főzőpohárba, és keverjük el üvegbottal!4.Helyezzük a jódot tartalmazó kémcsövet a főzőpohárba!5.Figyeljük meg a jelenséget!

A kémcsőben lila gőz jelenik meg, ami a fehér vattán barna színnel csapódik le.

Az anyagok oldódása során bekövetkező energiaváltozást a hidratációhő és a rácsenergia nagysága határozza meg. A vegyületek szabad részecskévé bontásához energia szükséges, míg a szabad részecskék hidratációjakor energia szabadul fel.A NaOH oldódása exoterm folyamat, mert a hidratáció során több energia szabadul fel, mint amekkora energia szükséges az ionrács felbontásához.ΔH_rács ΔH_hidratáció = ΔH_oldódásA jód molekularácsos vegyület, a rácspontokban lévő I₂-molekulák között gyenge diszperziós kölcsönhatás van. A gyenge másodrendű kötőerőnek köszönhetően a jód már szobahőmérsékleten is intenzíven párolog.A nátrium-hidroxid oldódása energiafelszabadulással jár, a főzőpohárban lévő víz melegszik, ennek következtében a jód szublimál.

Nemcsak a kámfor, a szárazjég, de még a jég is képes szublimálni. Ez a fizikai folyamat a lényege a fagyasztva szárításnak, más néven liofilizálásnak.A folyamat során nagyon gyorsan -40 °C alá hűtik a szárítandó anyagokat, hogy nagyon apró jégkristályok keletkezzenek a fagyás során. Ezután vákuum segítségével elszublimáltatják a benne lévő jeget. A folyamat nagyon alacsony, 1-4% nedvességtartalmat eredményez, ami a gyümölcsökben, zöldségekben lévő penész és baktériumok szaporodását is gátolja.Az eljárás nagyon költséges, ezért ott alkalmazzák, ahol a minőség nagyon fontos, például a reggelizőpelyhek gyümölcseit, szárított zöldségeket, gyógy- és fűszernövényeket, oltóanyagokat, antibiotikumokat, instant kávét és italporokat állítanak elő ezzel az eljárással.

A szublimációt használják fel a saját fényképpel ellátott bögrék, ajándéktárgyak készítésénél is. A szublimációs technológia lényege, hogy tintasugaras nyomtatóval egy transzferpapírra nyomtatják ki a kívánt fényképet. Az alkalmazott festék olyan összetételű, hogy magas hőmérsékleten és nyomáson szilárdból gáz halmazállapotúvá alakul. A festék gőzei megtapadnak a szilárd felületen és egy kiváló minőségű képpel ellátott tárgy jön létre.

Kirándulásnál, szánkózásnál, síelésnél egyaránt jólesik kézmelegítőt elővenni a zsebből. Megnyomunk egy fémlapocskát a belsejében, és a zselés párna azonnal meleget termel. Miközben kikristályosodik az oldatunk, hőt ad le a környezetének. A folyamat energetikai szempontból exoterm. A kézmelegítő akár százszor is használható. Ezen az elven működik az önmelegítős konzervek többsége is.

Széntartalmú anyagok égése exoterm folyamat. Szén-dioxid kerül a levegőbe, ami fokozott környezetszennyezést okoz az adott területen belül, de globálisan is. Gyermekeink védelmének érdekében szükség van újszerű energiatermelés kialakítására, az alternatív energiaforrások (napenergia, szélenergia, vízenergia, geotermikus energia, bioenergia) kiaknázására.

Mi a szerepe a párologtatásnak, izzadásnak az ember életében?A párologtatással is hőt vonunk el a szervezetünkből. Mindig párologtatunk, a teljes testfelszínünkön, csak nem vesszük észre, mert a parányi folyadékcseppecskék azonnal elillannak a bőrünk felszínéről.Ha viszont sportolunk, vagy nehéz fizikai munkát végzünk, a szervezetünkben felgyorsulnak a lebontó, energiatermelő folyamatok. Ekkor a szervezetünk könnyen túlhevülhetne. Ezért kezdünk el fokozottabban párologtatni. Ilyenkor egyszerre több víz távozik a szervezetünkből verejték formájában. Ez nem tud azonnal elpárologni, ezért láthatóvá válik.Lázunk is a fokozott izzadás hatására kezd el csökkenni.

Gáz halmazállapotú anyag keletkezne?

Igen. Ezért fontos halmazállapotot írni egy termokémiai egyenletbe.

2 mol CH₄ gáz reagálna 4 mol O₂-gázzal, miközben 2 mol CO₂ gáz és 4 mol folyékony víz keletkezne?

Igen. 2x890 kJ energia szabadulna fel.