Introduktion till Termokemi

• Termokemi handlar om energiinnehållet i kemiska ämnen, där energin är lagrad i bindningarna mellan atomer.

Lagen om energins bevarande

• Energi kan inte skapas eller förstöras, utan endast omvandlas.
• I ett isolerat system är den totala energin konstant.
• Högkvalitativ energi inkluderar elektrisk och mekanisk energi, medan värme är ett exempel på lågkvalitativ energi.

Två typer av energi

• Lägesenergi (potentiell energi): mgh
• Rörelseenergi (kinetisk energi): (mv^2)/2
• Rörelsemängd: mv

Bindningsenergi

• Det krävs energi för att bryta kemiska bindningar, och energi frigörs när nya bindningar bildas.
• En exoterm reaktion sker när produkterna har lägre energiinnehåll än reaktanterna, vilket resulterar i att överskottsenergi frigörs till omgivningen i form av värme, ljus eller ljud.
• En endoterm reaktion sker när produkterna har högre energiinnehåll än reaktanterna, vilket kräver att energi tillförs.

Entalpi (H)

• Energiinnehåll betecknas som entalpi (H) och förändringen i entalpi betecknas som "delta H".
• delta H = Hprodukter - Hreaktanter
• Exoterma reaktioner: delta H < 0
• Endoterma reaktioner: delta H > 0

Aktiveringsenergi

• Aktiveringsenergi är en mindre mängd energi som krävs för att initiera en exoterm reaktion.
• Spontana reaktioner fortsätter av sig själva efter att de initierats med aktiveringsenergi.

Enheter för energi

• Joule (J) och kalorier (cal) används.
• 1 kalori definieras som den energi som krävs för att värma 1 g vatten från 15 till 16 grader Celsius.
• 1 kcal motsvarar den energi som krävs för att värma 1 liter vatten 1 grad Celsius.
• Det dagliga kaloribehovet ligger mellan 2000 och 3000 kcal, beroende på aktivitetsnivå.
• 4,18 Joule motsvarar 1 kalori.
• 1 Joule är lika med 1 Nm (Newtonmeter).

Vattnets specifika värmekapacitet

• E = vattnets specifika värmekapacitet x V x delta T
• E = cm x delta T

Bildningsentalpi (Hf)

• Tabeller ger uppmätta värden för bildningsentalpi för olika ämnen.
• Bildningsentalpi är den energi som krävs eller frigörs vid bildandet av en förening från dess grundämnen.
• Positivt Hf indikerar en endoterm reaktion, medan negativt Hf indikerar en exoterm reaktion.
• Lägre värde på Hf indikerar högre stabilitet.

Beräkning av bindningsentalpier

• Beräkningar kan utföras med hjälp av bindningsenergier, energi krävs för att bryta en bindning och lika mycket energi frigörs när samma bindning bildas.

Faser

• När gas kondenserar frigörs värme till omgivningen, vilket är en exotherm process.

Bränslen

• Bränslen avger energi i exoterma reaktioner med syre (O2).
• Förbränningsentalpi (delta Hc) är (delta H) vid förbränning av en mol av ett brännbart ämne.
• Exoterma reaktioner är i princip spontana, med aktiveringsenergi (Ea) som krävs för att initiera reaktionen.
• Endoterma reaktioner är oftast inte spontana.
• Spontana endoterma reaktioner kan inträffa när oordningen (entropin) ökar, som när salter löses i vatten.
• Två drivkrafter i kemiska reaktioner är minskning av entalpi och ökning av entropi.

Gibbs fria energi (G)

• Gibbs fria energi (G): (delta)G