Fyzikálna chémia

Termochémia – odbor chémie, ktorý skúma tepelné javy pri chemických reakciách.

Chemická reakcia

Reakcie – dochádza k zmenám v rozložení valenčných elektrónov reagujúcich častíc, druh a počet atómov prvkov ako i celkový počet elektrónov sa nemení, jadrá atómov a prvkov sa nemenia. Prebiehajú v dôsledku vzájomného pôsobenia látok, alebo vplyvom energie.

Chemická rovnováha

Dynamická rovnováha - je stav, kedy sa zdá navonok, že reakcia neprebieha, pretože to množstvo HI, ktoré vznikne, sa opäť rozloží na H2 a I2. Reakcia prebieha, ale reakčná rýchlosť priamej a spätnej reakcie je rovnaká.
Rovnovážna konštanta – odvodili ju Nóri Wage a Guldberg. Konštanta K sa rovná podielu súčinu koncentrácií produktov umocnených príslušným stechiometrickými koeficientmi a súčinu koncentrácie reaktantov umocnených príslušným stechiometrickými koeficientmi. Koncentrácie látok pre rovnovážnom stave sa nazývajú rovnovážne koncentrácie a označujú sa hranatými zátvorkami []. Keď má K vysokú hodnotu, v sústave sú prítomné najmä produkty, keď má K nízku hodnotu, sú v sústave prítomné najmä reaktanty.
aA + bB  cC + dD
v1 = v2
v1 = k1. [A]a. [B]b k1 = K K =. [C]c. [D]d .
v2 = k2. [C]c. [D]d k2 [A]a. [B]b
Závisí len od teploty.
Gibbsova energia – voľná energia schopná konať prácu

Faktory ovplyvňujúce chemickú rovnováhu

Vplyv zmeny koncentrácie – ak odoberáme reaktanty, vznikajú ďalšie, čím si zabezpečíme vyššie výťažky produktov.
Vplyv teploty – zvýšením teploty dochádza k zväčšeniu rovnovážnej koncentrácie produktov a k zmenšeniu rovnovážnej koncentrácie reaktantov, čiže hodnota rovnovážnej konštanty sa zväčší, Knew > K. Znížením teploty dochádza k zmenšeniu rovnovážnej koncentrácie produktov a k zväčšenie rovnovážnej koncentrácie reaktantov, čiže hodnota rovnovážnej konštanty sa zmenší, Knew < K.
Vplyv tlaku – zväčšením tlaku sa zväčší rýchlosť priamej reakcie, po určitej dobe sa rýchlosti vyrovnajú.

Zmenšením tlaku sa priama rýchlosť zmenší, neskôr sa ustáli.
Vplyv katalyzátora – pridanie katalyzátoru neposúva chemickú rovnováhu, nepôsobí na zmenu chemickej rovnováhy.

Akcia Reakcia
pridanie reaktantu zväčšenie koncentrácie produktov
pridanie produktu zväčšenie koncentrácie reaktantov
odoberanie produktu zväčšenie koncentrácie produktov
odoberanie reaktantu zväčšenie koncentrácie reaktantov
zvýšenie teploty zväčšenie koncentrácie látok v smere endotermickej reakcie
zníženie teploty zväčšenie koncentrácie látok v smere exotermickej reakcie
zväčšenie tlaku zväčšenie koncentrácie v smere menšieho počtu molov plynných látok
zmenšenie tlaku zväčšenie koncentrácie v smere väčšieho počtu molov plynných látok

Rýchlosť chemických reakcií

Rýchlosť – je zmena koncentrácie reaktantov (produktov) za časový interval. Vyjadruje sa v jednotkách [mol. dm-3. s-1]. Závisí priamo od počtu účinných zrážok a nepriamo od hodnoty aktivačnej energie.

Faktory ovplyvňujúce rýchlosť ChR

Vplyv koncentrácie – ak sa zväčšuje koncentrácia, zvyšuje sa počet účinných zrážok. Rýchlosť chem. reakcie pri určitej teplote je úmerná súčinu koncentrácii dosiaľ nezreagovaných reaktantov. aA + bB  cC + dD
v = k. ca(A). cb(B)
k – rýchlostná konštanta – závisí len od typu reakcie a od teploty, nie od koncentrácie
Vplyv teploty – zväčšením teploty o 10o sa zväčší rýchlosť reakcie 2 – 4 x. Častice majú viac energie, preto do seba častejšie a silnejšie narážajú.
Vplyv katalyzátorov – ovplyvňujú aktivačnú energiu. Množstvo a kvalita katalyzátora sa po reakcii nezmení. Katalyzátory delíme na pozitívne (aktivátory - zmenšujú AE) a negatívne (inhibítory – zväčšujú AE)
Vplyv veľkosti povrchu – zväčšovaním povrchu reaktantov sa zväčšuje aj ich styčná plocha, čiže rýchlosť reakcia stúpa. Reakčné teplo

Entalpia – označujeme písmenom H, jednotky kJ. mol-1. Je to tepelný obsah látky. Rozdiel označujeme H. H = entalpia produktov – entalpia reaktantov
Reakčné teplo – sa rovné zmene entalpií Q = H. Jeho hodnota závisí od látkového množstva reaktantov. Je dané rozdielom energie uvoľnenej pri vzniku väzieb v produktoch a energie spotrebovanej na rozštiepenie väzieb v reaktantoch.
Exotermické reakcie - H < 0. Pri reakcii sa uvoľňuje teplo. Produkty majú menšiu energiu a silnejšie väzby ako reaktanty.
Endotermické reakcie - H > 0. Pri reakcii sa teplo spotrebúva. Reaktanty majú väčšiu energiu a silnejšie väzby ako produkty.
Molové teplo reakcie – je množstvo tepla, ktoré sa uvolní alebo spotrebuje, ak zreaguje také množstvo látky, aké udávajú stechiometrické koeficienty v príslušnej ChR (Qm alebo H). Termochemické zákony

Prvý TZ – hodnota reakčného tepla priamej a spätnej reakcie je rovnaká a líši sa len znamienkom (formulovali ho A. L. Lavoisier a P. S. Laplace v roku 1780)
Druhý TZ – reakčné teplo určitej reakcie sa rovná súčtu reakčných tepiel čiastkových reakcií (formuloval ho G. H. Hess v roku 1840).

Katalyzátory

Katalyzátory – delíme ich na homogénne (tvoria jednu fázu s reaktantami) a heterogénne (netvoria jednu fázu s reaktantami).
Homogénny katalyzátor - SO2 + NO2  SO3 + NO
Heterogénny katalyzátor - 2SO2 + O2  2SO3.