Chemické reakce IV. díl Energie chemické vazby, exotermické a endotermické reakce Autor: Ing. Jiřina Ovčarová

Energie chemické vazby Seznam kapitol Energie chemické vazby Exotermické reakce Aktivační energie Endotermické reakce Elektrolýza vody Další

Energie chemické vazby Seznam kapitol Energie chemické vazby Každá chemická vazba mezi atomy reprezentuje určité množství energie. Stabilní chemická vazba se vytvoří pouze tehdy, dojde-li při jejím vzniku ke snížení energie. Samotný atom vodíku s jediným elektronem nemůže delší dobu existovat. Proto vodík stejně jako další plyny vytváří dvouatomové molekuly. Valenční elektrony Elektronový pár H H H energie Elektrony tak vytvoří pár, který obíhá rovnoměrně kolem celé molekuly. Nastane rovnovážný stav a tím se uvolní energie. Stejně velkou energii bychom museli dodat, aby vazba zanikla a vodík mohl reagovat s jinou látkou. Další

Exotermická reakce 2H2 + O2 2H2O Seznam kapitol Exotermická reakce Chemické reakce můžeme rozdělit podle toho, jestli se v jejich průběhu energie uvolní, nebo naopak musíme energii dodávat, aby chemická reakce probíhala. Příkladem může být vznik vody reakcí kyslíku a vodíku: 2H2 H + O2 O 2H2O H O energie Při této reakci se uvolňuje energie. Takový děj označujeme jako exotermickou reakci. Další

Aktivační energie Seznam kapitol Aby mohlo k této chemické reakci dojít, musíme nejprve systému dodat takzvanou aktivační energii. Aktivační energie je nutná k rozložení vazeb molekul kyslíku a vodíku. Množství aktivační energie můžeme snížit přítomností katalyzátorů. H O H H O H aktivační energie O H H Dál už probíhá reakce samovolně. Vytvoření vazeb mezi kyslíkem a vodíky se snižuje celková výše energie soustavy. Tato energie se pak uvolňuje do okolí. Další

Změny energie v průběhu reakce Seznam kapitol Změny energie v průběhu reakce Chemické reakce samovolně probíhají proto, aby bylo dosaženo rovnovážného stavu. Rovnováhy látky nabydou snížením vnitřní energie molekuly. Energie Energii dodáváme Aktivační energie Energie se uvolňuje Energie výchozích látek Energie produktů Průběh exotermické reakce Pokud chceme reakcí získat látku s vyšší hladinou energie chemické vazby, musíme naopak energii dodávat. Další

Endotermická reakce 2H2O 2H2 + O2 Seznam kapitol Endotermická reakce Endotermická reakce je reakce, která probíhá pouze v případě, že látkám po celou dobu trvání reakce dodáváme energii. Tedy nikoliv pouze aktivační energii jako v předchozím případě. Příkladem může být pravý opak předchozí reakce. Opakem hoření vodíku je rozklad vody na kyslík a vodík 2H2O 2H2 + O2 H O H O H O H Tento rozklad už známe pod názvem elektrolýza. Víme, že k rozkladu dochází působením stejnosměrného proudu. Další

Elektrolýza vody Seznam kapitol Aparatura pro elektrolýzu vody má zavedené elektrody. Záporná elektroda zavádí do sloučeniny elektrony. Kladná naopak přitahuje přebytečné elektrony a odvádí je pryč. Opravdu čistá voda nevede elektřinu. Kdyby šlo o vodu z vodovodu, která má v sobě příměsi solí, elektrony by proběhly od elektrody k elektrodě a došlo by ke zkratu zdroje. + _ voda elektrody Na počátku reakce V případě destilované vody, která elektrony nevede, dojde jejich působením k chemickým změnám. Rozdělí se elektronové páry. Další

Elektrolýza vody +I - II Seznam kapitol Při elektrolýze vody jde o to, rozložit molekulu na kyslík a vodík. O H Kyslík – 2 elektrony schopné chemické vazby Vodík – 1 elektron schopný vazby Podívejme se nejprve na molekulu vody jako takovou. Skládá se z kyslíku a dvou vodíků. O H +I Voda – 2 společné elektronové páry - II Kyslík má elektronegativitu 3,44. Vodík má elektronegativitu 2,10. Rozdíl elektronegativit je: 3,44 – 2,10 = 1,34. V molekule vody jde tedy o polární vazbu mezi atomy. Oba elektronové páry této vazby k sobě přitáhl atom kyslíku. Kyslík má proti normálnímu stavu dva elektrony navíc. Proto má náboj –II. Každý vodík jeden elektron ztratil. Proto mají náboj +I. Další

O H _ + O H _ + Seznam kapitol Voda v aparatuře má z počátku své molekuly náhodně orientované. O H _ + Ve chvíli, kdy připojíme zdroj stejnosměrného proudu, začne na ně působit elektrické pole. O H II- I+ _ + Původně náhodně orientované molekuly se vlivem přitažlivých sil mezi opačnými elektrickými náboji otáčejí kladným pólem k záporné elektrodě a záporným pólem ke kladné. Další

_ + II- I+ Atomy vodíku, které vazbou s kyslíkem ztratily elektrony, Seznam kapitol O H II- I+ Atomy vodíku, které vazbou s kyslíkem ztratily elektrony, jsou elektrickou silou přitahované k záporné elektrodě. Atomy kyslíku jsou přitahované ke kladné elektrodě. Elektrická síla vede k roztržení molekuly vody na dvě části. Další

H O _ + Seznam kapitol H H I+ O H II- I+ O II- Elektrony, které vycházejí ze záporné elektrody zaplňují místo po elektronech, které vodík ztratil při vzniku molekuly vody. U záporné elektrody tak vznikají samostatné atomy vodíku. Elektrony, které kyslíku přebývají, odchází pryč kladnou elektrodou. U kladné elektrody vznikají samostatné atomy kyslíku. Další

_ + 2H2O + O2 2H2 _ _ II- + II- + I+ I+ energie Seznam kapitol H H O O H H H I+ H I+ H O II- O + _ O H O II- + _ O H 2H2O + O2 2H2 energie Z každé molekuly vody vzniknou dva atomy vodíku a jeden atom kyslíku. Vodík může již teď vytvořit molekulu, ale kyslík zatím ne. Aby mohly vznikat kompletní molekuly nejen vodíku, ale i kyslíku, musí se proto na atomy rozdělit 2 molekuly vody. Konec

+ _ + _ 2H2O + O2 2H2 Na počátku reakce V průběhu reakce voda Seznam kapitol Na počátku reakce V průběhu reakce + _ voda elektrody + _ vodík kyslík Molekuly vody se působením proudu rozkládají na kyslík a vodík. Vzniká 2x více vodíku než kyslíku 2H2O + O2 2H2 energie Množství energie, které musíme dodat aby proběhla elektrolýza, odpovídá množství energie, která se uvolní sloučením prvků zpět na vodu. Konec