Presentation laddar. Vänta.

Presentation laddar. Vänta.

Vad är energi? h=1000m 100kg=m U potentiell energi (PE) = m·g·h PE = 100kg·9,80m/s 2 ·1000m = 9,8·10 5 kg·m 2 /s 2 arbete kinetisk energi (rörelseenergi)

Liknande presentationer


En presentation över ämnet: "Vad är energi? h=1000m 100kg=m U potentiell energi (PE) = m·g·h PE = 100kg·9,80m/s 2 ·1000m = 9,8·10 5 kg·m 2 /s 2 arbete kinetisk energi (rörelseenergi)"— Presentationens avskrift:

1 Vad är energi? h=1000m 100kg=m U potentiell energi (PE) = m·g·h PE = 100kg·9,80m/s 2 ·1000m = 9,8·10 5 kg·m 2 /s 2 arbete kinetisk energi (rörelseenergi) (KE) = ½m·u 2 ½m·v 2 = m·g·hv 2 = 2·g·h Energi i kemi: Termokemi stanna värme, v = o värme q = -PE = -9,80·10 5 kg·m 2 /s 2 Enheten för energi är Joule = kg·m 2 /s 2 q =-9,80·10 5 J =-980kJ 6

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. Termodynamikens första lag: Energi i universum är konstant  Potentiell energi kinetisk energi  värme  öka H2OH2O energi  kemisk eller elektrisk energi arbete  

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 Jfr etanol 29 kJ/g Varför denna stora skillnad? Fett = (CH 2 ) n kolhydrat = (CH 2 O) n dvs mer oxiderat

4 Storleksordningen är hundratals kilojoule (kJ) per mol. Värdet kan omräknas i t.ex kronor och ören. 1J = 1ws, 1Kwh = 10 3 ·3600ws = 3,6·10 6 ws 1kWh kostar ~ 36 öre 100kJ = 100·10 3 ws · · ~ 1 öre 1Kwh 3·6·10 6 ws ________ 36 öre 1kWh _____ 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 8·0,3 kWh = 2,4 kWh Ett dagsverke kostar ~en krona!

5 Kemiska energin i ett system kan omvandlas till värme + arbete qvärme warbete  E = q+w Inre energi E:  E< 0, energi bortfört ur systemet. Systemet förlorar sitt värde. (Tänk i pengar)  E> 0, energi infört i systemet

6 Systemets energi ändras genom att 1)ge värme till omgivningen (q 0), endoterm. Värme: energiförflyttning pga temperaturskillnad. OBS! T men inte värme q är en egenskap hos systemet. Ex. NaOH(s) Na + (aq)+OH - (aq)qo H2OH2O H2OH2O 1)Systemet utför arbete på omgivningen, w o. 2) arbete: kraft·avstånd, t.ex. tryck-volymarbete Tecknet 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 värmekapacitet C = specifik värmekapacitet: J/°C·g molär värmekapacitet: J/°C·mol q TT ___ Bombkalorimeter: konstant volym  V=0 inget tryck-volymarbete w (sluten)  E = q Öppen kalorimeter: konstant tryck  P=0  E = q+w

8 Ex. Vattens specifika värmekapacitet är c = 4,18J/°C·g Hur mycket energi krävs för att värma 1 liter vatten till kokning? 1 cal = 4,18J värmer 1g H 2 O 1°C. 1000g H 2 O från 20°c till 100°C,  T=80°C q = m·c·  T = 1000g·4,18J/°c·g·80°C = 334kJ ~ 4öre (0,09kWh) (Kolla svaret: en vanlig kokplatta är på c:a 1kW. Det tar c:a 8 minuter att koka upp 1 liter vatten ~ 0,12kWh.)

9 De flesta kemiska reaktioner utförs vid konstant tryck P~1atm 2 H 2 O 2 (aq) 2H 2 O(l) + O 2 (g) + värme 10ml 35% H 2 O 2 ~1,4 l gas vid I-I- Inre E:E H2O2 E H2O E O2 E H2O +E O2 arbetet (w) kan beräknas: (Tryck-volymarbete)  E = (E H2O +E O2 ) — E H2O2 w = -P  V = -1atm·1,4 l = -1,4 l·atm värmen (q) kan mätas med kalorimeter: (1·atm = 101,325JBD, s.13) w = -1,4·l·atm· = -141J 101,325J________ 1l·atm q = -m lösn. ·C p ·  T ~ 15g·4,18J g -1 ·°c -1  T eller q =  E - w =  E + P  V Inre energi  E= w+q Tryck-volymarbete utförs bara om gaser deltar i reaktionen; de kan bildas eller Tryck-volymarbete -P  V är alltså ganska litet (eller = 0) om inga gaser. eller förbrukas (utvidgas (w = -P  V 0)). T=20°c P=1atm EE E H2O2 Potentiell energi 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? Entalpi H

11 Entalpi H = E+PV 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: q =  H vid konstant tryck och bara tryck-volymarbete utförs.  E = q + w

12 2H 2 O 2 (aq) 2H 2 O(l) + O 2 (g) I-I-  q = H = (H H2O + H O2 - H H2O2 ) istället för q =  E+P  V I en kemisk reaktion:  H = H produkter — H reaktanter Om en reaktion är omvänd, byter  H tecken. H är proportionell mot antal mol reaktanter och produkter.

13 Hur mäter vi entalpiförändringar? Kalorimetri i ett öppet kärl  H = q p konst tryck (I praktiken använder man bombkalorimetri, dvs vid konstant volymE = q v, sen använd PV = nRT och H = E+PV  H = q v + RT  n gas ) noggrannheten ±0,01kJ/mol 2H 2 O 2 (aq) 2H 2 O(l) + O 2 (g)  H = -98kJ/mol H 2 O 2 Vi får även  H för: jämför w bara 0,141kJ/mol 2H 2 O(l) + O 2 (g)2H 2 O 2 (aq)  H = 98kJ/mol H 2 O 2

14 Hess’ lag: Entalpiförändringen för en nettoreaktion Ex:1mol N 2 (g) + 2mol O 2 (g) 2mol NO 2 (g) Ett steg: N 2 (g)+2O 2 (g) 2NO 2 (g)  H 1 = 68kJ Två steg: N 2 (g) + O 2 (g) 2NO 2 (g)  H 2 = 180kJ 2NO(g) + O 2 (g) 2NO 2 (g)  H 3 = 112kJ ____________________________________ N 2 (g)+2O 2 (g) 2NO 2 (g)  H 2 +  H 2 = 68kJ eller är oberoende av vägen dit.  H 1 =  H 2 + H  3 = 68kJ

15 Standard bildningsentalpier  H f 0 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, 25°c Ex: O 2 (g), Na(s), Hg(l), Ar(g), H 2 O(l), Fe(s), H 2 (g) Icke standardtillstånd:I luften, p(O 2 ) = 0,221atm salt vatten stål — Fe(s) med 2% C(s)

16 Standard bildningsentalpi  H f o (25°c) H 2 (g) + ½ O 2 (g)H 2 O(l)  H f o = -285,8kJ/mol JfrH 2 (g) + ½ O 2 (g)H 2 O(g)  H f o = -241,8kJ/mol H 2 O(g) H 2 (g) + ½ O 2 (g)  H f o = + 241,8kJ/mol H 2 O(g) H 2 O(l)  H o = -44,0kJ/mol Na(s) + ½ Cl 2 (g)NaCl(s)  H f o = -411,2kJ/mol  H f o finns i BD,oorganiska ämnentabell 5.4 organiska ämnentabell 5.5 joner i vattenlösningar tabell 5.6 OBS!  H f o är för 1mol produkter!

17 Vad är  H 0 för reaktionen CH 4 (g) + 2O 2 (g)  2H 2 O(l) + CO 2 (g) ? C(s) + 2H 2 (g)  CH 4 (g)  H f 0 = -74,8kJ/mol CH 4 (g)  C(s) + 2H 2 (g)  H 0 = - (-74,8kJ/mol) 2·(O 2 (g)  O 2 (g)  H f 0 = 0 kJ/mol) C(s) + O 2  CO 2 (g)  H f 0 = -393,5kJ/mol 2·(H 2 (g) + ½ O 2 (g)  H 2 O(l)  H f 0 = -285,8kJ/mol) ____________________________________________________   o reaktion = kJ/mol + 2·(-285,8kJ/mol) – (-74,8kJ/mol) = -891,1kJ/mol CH 4 (g) + 2O 2 (g)  2H 2 O(l) + CO 2 (g)

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.  H o rek  =  (n p  H f o (produkter) - n r  H f o (reaktanter)).  H f o för ett element vid standardtillstånd är noll.

19 Vad är  H °, dvs q för reaktionen NH 4 NO 3 (s)  NH 4 + (aq) + NO 3 - (aq) Antal 0,10mol NH 4 NO 3 (s) i 100ml vatten vid 25°c [NH 4 + ] = [NO 3 - ] = = 1mol dm -3 = 1M 0,1mol ______ 100ml  H o rek = n·{H f o NH 4 + (aq) + H f o NO 3 - (aq) – H f o NH 4 NO 3 (s)} = 0,10mol·25,7kJ·mol -1 = 2,57kJBoD s.113 och s.87 = 0,10mol·(-132,5kJ·mol -1 – 207,4kJ·mol -1 – (365,6kJ·mol -1 ))

20 Vad blir temperaturen då? q =  H o rek = 2,57kJ, endoterm,  t<0  t = = = -6,1°C -q m·C p ____ -2,57·10 3 J 100cm 3 ·1,0g·cm -3 ·4,18J -1 °C -1 ______________________ t fin = 25°C – 6,1°C = 19°C C p = 4,18J·g -1 ·°c -1  ~1,0g·cm -3

21 Energikällor Fotosyntes: 6CO 2 (g) + 6H 2 O(l) C 6 H 12 O 6 (s) + 6O 2 (g)  H = 2,8·10 3 kJ klorofyll solljus Kol med 80% C CO 2 + NO + SO miljoner år!! 1 sekund! växthuseffekt smog surt regn


Ladda ner ppt "Vad är energi? h=1000m 100kg=m U potentiell energi (PE) = m·g·h PE = 100kg·9,80m/s 2 ·1000m = 9,8·10 5 kg·m 2 /s 2 arbete kinetisk energi (rörelseenergi)"

Liknande presentationer


Google-annonser