Termický rozklad látok

Vypracovala: Mgr. Zuzana Szocsová

Pojmom „termické vlastnosti látok“ označujeme správanie látok pri zahrievaní. Zahrievanie je pojem, pod ktorým rozumieme dodávanie energie vo forme tepla. Dodávanie energie vo forme tepla má vplyv na zloženie látok, na ich štruktúru a na mnohé iné vlastnosti látok.

Zahrievanie

Zahrievanie – dodávanie energie vo forme tepla (tepelnej energie) sa prejavuje najmä:

• Zvyšovaním vnútornej energie sústavy

• Mení sa kmitavý pohyb častíc – zvyšuje sa jeho frekvencia a amplitúda pohybu častíc

Keď kmitavý pohyb častíc danej látky, ktorú zahrievame dosiahne určitú frekvenciu a amplitúdu kmitavého pohybu môže dôjsť k prekonaniu príťažlivých síl, ktorými na seba častice danej látky pôsobia, a ktorými sú k sebe vzájomne pútané.

1. Môže nastať prípad, kedy sa prekonajú príťažlivé sily pôsobiace medzi stavebnými časticami danej látky a stavebné častice danej látky nezmenia svoje zloženie – ide o látky, ktoré nazývame tepelne alebo termicky stále látky. Pri takomto zahrievaní termicky stálej látky (cca do 1500 K) dochádza k fázovej premene látky. Takýmto príkladom je napríklad zahrievanie chloridu sodného NaCl. Chlorid sodný sa pri dodávaní tepla chemicky nemení a pri teplote 801 °C kmitavý pohyb iónov Cl^- a Na⁺ dosiahne takú amplitúdu a frekvenciu pohybu, že dochádza k rozpadu kryštálovej štruktúry chloridu sodného a vzniká kvapalná fáza – tavenina, ktorá obsahuje voľnejšie sa pohybujúce katióny Na⁺ a anióny Cl^-. Ich pohyb je možné usmerňovať tým, že na tieto ióny pôsobíme elektrickým poľom – tavenina NaCl vedie elektrický prúd. Oproti tomu pevný chlorid sodný má ióny viazané v pevnej kryštálovej štruktúre a elektrický prúd nevedie.

2. Druhým prípadom, ktorý môže nastať pri zahrievaní určitej látky je, že dôjde k rozpadu kovalentných väzieb, ktoré sa nachádzajú vo vnútri stavebných častíc. V tomto prípade dochádza k rozkladu danej látky a k vzniku nových látok - produktov. Častokrát sú produktami takéhoto zahrievania plynné látky. Ako príklad môžeme uviezť CaCO₃ – vápenec. V tuhom stave je jeho štruktúra vytváraná katiónmi a aniónmi Ca²⁺ a CO₃^2-. Vidíme teda, že štruktúra CaCO₃ je podobná štruktúre NaCl. Rozdiel je v tom, že pokiaľ zahrievame vápenec dochádza k zvyšovaniu frekvencie a amplitúdy kmitavého pohybu iónov a zároveň dochádza k zvyšovaniu frekvencie a amplitúdy kmitavého pohybu atómov, ktoré tvoria anión CO₃^2-. Väzby v uhličitanovom anióne sa pri teplote vyššej ako 900 °C rozpadajú. Katión Ca²⁺ vďaka svojmu polarizačnému účinku pôsobí na najbližší atóm kyslíka aniónu CO₃²⁺. Vďaka tomu sa vytvára oxid uhličitý – plynný produkt zahrievania a oxid vápenatý CaO – produkt s pevným skupenstvom.

Na základe správania sa látok pri procese zahrievania teda delíme látky na:

1. termicky stále látky

2. termicky málo stále látky

Termicky stále látky

Termicky stále látky – do tejto skupiny látok patria látky, ktoré pri zahrievaní (zahrievanie bežným zdrojom tepla, cca do teploty 1500 K) nemenia svoju chemickú podstatu, mení sa skupenstvo danej látky alebo iné vlastnosti – nemení sa chemické zloženie látky. Príklad: NaCl.

Termicky málo stále látky

Termicky málo stále látky – pri zahrievaní sa menia chemicky a podliehajú chemickým reakciám. Obyčajne ide o rozkladné chemické reakcie – termický rozklad. Termickému rozkladu podliehajú spravidla látky, v ktorých štruktúru tvoria malé molekuly alebo také chemické látky, pri ktorých je predpoklad vzniku malých molekúl pri zvýšení teploty. Príklad CaCO₃.

Termický rozklad látok

Praktické využitie:

1. Termický rozklad látok sa používa ako prostriedok na syntézu nových látok z dostupných zdrojov

2. Prostredníctvom termického rozkladu látok sme schopní analyzovať chemické látky, ktoré tepelnému rozkladu podliehajú – termická analýza.

Kryštalohydráty

Príkladom termicky málo stálych látok sú napríklad: kryštalohydráty. Kryštalohydráty – látky, v ktorých štruktúre sú zabudované molekuly vody. Molekuly vody v kryštalohydrátoch môžu byť viazané rôzne silnými príťažlivými silami – väzbami (polárnou kovalentnou väzbou, iónovo-dipólovými interakciami, vodíkovými väzbami ale aj van der Waalsovými silami). Z tohto vyplýva, že na uvoľnenie molekuly vody z rôznych kryštalohydrátov je potrebná rôzne veľká tepelná energia. Preto sa kryštalohydráty termicky rozkladajú pri rôznych teplotných intervaloch.

Príklady termických rozkladov kryštalohydrátov:

• V prvej chemickej reakcii vzniká pri termickom rozklade sadra.

• Proces, pri ktorom sa pri termickom rozklade uvoľňuje molekula alebo molekuly vody nazývame termická dehydratácia.

Termický rozklad látok hydroxidov – Al(OH)₃, Zn(OH)₂

• Veľká časť hydroxidov kovov sa termicky rozkladá, ako napríklad Al(OH)₃ alebo Zn(OH)₂

  

   

   

Termický rozklad uhličitanu vápenatého:

Termické rozklady látok môžeme deliť aj na základe toho či sa mení alebo nemení oxidačné číslo niektorého z prvkov na:

a.) neredoxné termické rozklady

b.) redoxné termické rozklady

Príklad neredoxného termického rozkladu:

Príklad redoxného termického rozkladu:

Použitá literatúra:

J. Šima, m. Koman, A. Kotočová, P. Segľa, M. Tatarko, D. Valigura, Anorganická chémia, STU v Bratislave, 2009, str. 75 - 81