Vad%20

1
Energi i kemi Termokemi
6

• Vad är energi?

100kgm
h1000m
U
potentiell energi (PE) mgh
PE 100kg9,80m/s21000m 9,8105kgm2/s2
arbete
kinetisk energi (rörelseenergi) (KE) ½mu2
½mv2 mgh v2 2gh
värme q -PE -9,80105kgm2/s2
Enheten för energi är Joule kgm2/s2
q -9,80105J -980kJ
2
Energi är förmåga att utföra arbete eller ge
värme.

• Systemet förlorar lika mycket energi som
  omgivningen vinner.

Inre energin E kinetisk energi (KE)
(systemet) potentiell energi (PE)
E är en tillståndsfunktion, dvs beror bara på
tillståndet (ex. m, P, V, T, ...), inte på hur
man kom dit
E är relativt en referenspunkt.
3
Energiinnehåll i olika födoämnen

• Standardmjölk 2,6 kJ/g
• Lättmjölk 1,6 kJ/g
• Okokt ris 14,5 kJ/g
• Fett 38 kJ/g
• Kolhydrat 17 kJ/g
• Protein 17 kJ/g

Varför denna stora skillnad?
Jfr etanol 29 kJ/g
Fett (CH2)n kolhydrat (CH2O)n
dvs mer oxiderat
4
Storleksordningen är hundratals kilojoule (kJ)
per mol.
Värdet kan omräknas i t.ex kronor och ören.
1J 1ws, 1Kwh 1033600ws 3,6106ws
1kWh kostar 36 öre
Man får alltså 10MJ för en krona
Vad är en människas muskelarbete värt?
Hårt arbete, t.ex. cykling, utvecklar max 300
watt.
På en timme blir det 0,3 kWh
På en arbetsdag 80,3 kWh 2,4 kWh
Ett dagsverke kostar en krona!
5
Kemiska energin i ett system

• kan omvandlas till värme arbete

q värme w arbete
?E qw
Inre energi E
?Elt 0, energi bortfört ur systemet. Systemet
förlorar sitt värde. (Tänk i pengar)
?Egt 0, energi infört i systemet
6
Systemets energi ändras genom att

1. ge värme till omgivningen (qlt0), exoterm eller
   få värme av omgivningen (qgt0), endoterm.

Värme energiförflyttning pga temperaturskillnad.
OBS! T men inte värme q är en egenskap hos
systemet.
Ex. NaOH(s) Na(aq)OH-(aq) qlto
NaOH(s) Na(aq)OH-(aq) qgto
H2O

1. Systemet utför arbete på omgivningen, wlto
   eller omgivningen utför arbete på systemet, wgto.

2)
arbete kraftavstånd, t.ex. tryck-volymarbete Tec
knet ses från systemets synvinkel av oss kemister
(men ingenjörer ser energin från användarens
synpunkt och får då omvänt tecken).
7
Hur mäter vi energiförändringar?

• genom att mäta värme (q) och
  arbete (w)

Kalorimetri mäta värme q
8
Ex. Vattens specifika värmekapacitet är c
4,18J/Cg
Hur mycket energi krävs för att värma 1 liter
vatten till kokning? 1 cal 4,18J värmer 1g H2O
1C.
1000g H2O från 20c till 100C, ?T80C
334kJ 4öre (0,09kWh)
(Kolla svaret en vanlig kokplatta är på ca 1kW.
Det tar ca 8 minuter att koka upp 1 liter vatten
0,12kWh.)
9
De flesta kemiska reaktioner utförs vid konstant
tryck P1atm
I-
2 H2O2(aq) 2H2O(l) O2(g) värme 10ml 35
H2O2 1,4 l gas vid
T20c
P1atm
Inre E EH2O2 EH2O
EO2
?E (EH2OEO2) EH2O2
EH2OEO2
arbetet (w) kan beräknas (Tryck-volymarbete)
w -P?V -1atm1,4 l -1,4 latm
(1atm 101,325J BD, s.13)
värmen (q) kan mätas med kalorimeter
q -mlösn.Cp?T 15g4,18J g-1c-1?T
eller q ?E - w ?E P?V
Tryck-volymarbete utförs bara om gaser deltar i
reaktionen de kan bildas eller
eller förbrukas (utvidgas (w -P?Vlt0) eller
komprimeras (w -P?Vgt0)).
Tryck-volymarbete -P?V är alltså ganska litet
(eller 0) om inga gaser.
ingår i reaktionen
10
Ibland vill vi använda energi för att utföra
arbete

• E maximalt omvandlas till w.

Ex. Bensin förbränns i bilar, i bästa fall
30 ?E
w.
Ibland vill vi använda energi för att utveckla
värme
Ex. Kol förbränns i husen värma husen.

Naturgas förbränns värma vatten.
Hur mycket värme vill en reaktion ge eller ta upp?
11
Entalpi H EPV
E, P och V är tillståndsfunktioner.
H är en tillståndsfunktion.
För gaser, H E PV E nRT
Vid konstant tryck ? P 0
?H ?E ?(PV) ?E P?V
Om arbetet i reaktionen är BARA
tryck-volymarbete w -P?V
?E ?H - P?V ?E ?(PV)
jfr med termodynamikens första lag
?E q w
q ?H vid konstant tryck och bara
tryck-volymarbete utförs.
12
I-
2H2O2(aq) 2H2O(l) O2(g)
?q H (HH2O HO2 - HH2O2)
istället för q ?EP?V
I en kemisk reaktion
?H Hprodukter Hreaktanter
Om en reaktion är omvänd, byter??H tecken.
H är proportionell mot antal mol
reaktanter och produkter.
13
Hur mäter vi entalpiförändringar?
konst

• Kalorimetri i ett öppet kärl ?H qp

tryck
14
Hess lag

• Entalpiförändringen för en nettoreaktion

är oberoende av vägen dit.
Ett steg N2(g)2O2(g) 2NO2(g) ?H1
68kJ
eller
Två steg N2(g) O2(g) 2NO2(g) ?H2
180kJ
____________________________________
N2(g)2O2(g) 2NO2(g) ?H2 ?H2 68kJ
?H1 ?H2 H?3 68kJ
15
Standard bildningsentalpier ?Hf0

• Entalpin för att bilda en mol av föreningen ur

dess grundämnen under standardtillstånd.
Standardtillstånd (o)
Föreningar 1) gaser 1atm
2) löst ämne 1mol dm-3 1M 3) flytande
fas och fasta faser rena
Grundämnen agregationstillstånd vid 1atm,
25c Ex O2(g), Na(s), Hg(l), Ar(g), H2O(l),
Fe(s), H2(g)
Icke standardtillstånd I luften, p(O2)
0,221atm salt vatten stål Fe(s) med
2 C(s)
16
Standard bildningsentalpi ?Hfo (25c)
17
Vad är ?H0 för reaktionen

• CH4(g) 2O2(g) ? 2H2O(l) CO2(g) ?

C(s) 2H2(g) ? CH4(g) ?Hf0
-74,8kJ/mol CH4(g) ? C(s) 2H2(g) ?H0
- (-74,8kJ/mol) 2(O2(g) ? O2(g) ?Hf0 0
kJ/mol) C(s) O2 ? CO2(g) ?Hf0
-393,5kJ/mol 2(H2(g) ½ O2(g) ? H2O(l) ?Hf0
-285,8kJ/mol)
__________________________________________________
__
CH4(g) 2O2(g) ? 2H2O(l) CO2(g)
? ?oreaktion -393.5kJ/mol 2(-285,8kJ/mol)
(-74,8kJ/mol) -891,1kJ/mol
18
Kom ihåg

• När en reaktion är omvänd, är storleken ?H
  samma, men tecknet bytes.
• Om den balanserade reaktionsformeln är
  multiplicerad med n, är reaktionsentalpin n?H.
• ?Horek ? ?(np?Hfo(produkter) -
  nr?Hfo(reaktanter)).
• ?Hfo för ett element vid standardtillstånd är
  noll.

19
Vad är ?H, dvs q för reaktionen

• NH4NO3(s) ? NH4(aq) NO3-(aq)

Antal 0,10mol NH4NO3(s) i 100ml vatten vid 25c
?Horek nHfoNH4(aq) HfoNO3-(aq)
HfoNH4NO3(s)
0,10mol(-132,5kJmol-1 207,4kJmol-1
(365,6kJmol-1))
0,10mol25,7kJmol-1 2,57kJ BoD s.113 och
s.87
20
Vad blir temperaturen då?
q ?Horek 2,57kJ, endoterm, ?tlt0
Cp 4,18Jg-1c-1 ??? 1,0gcm-3
tfin 25C 6,1C 19C
21
Energikällor

• Fotosyntes
• 6CO2(g) 6H2O(l) C6H12O6(s) 6O2(g) ?H
  2,8103kJ

klorofyll
solljus
300 miljoner år!!
Kol med 80 C
1 sekund!
CO2 NO SO2 .....
växthuseffekt smog surt regn