Reakcja ciepła

Schemat ciepła reakcji w określonych warunkach temperatury i ciśnienia. Źródło: Joseasorrentino, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons

Co to jest ciepło reakcyjne?

On Reakcja ciepła, o Entalpia reakcji (ΔH), to ilość energii na kret, który jest uwalniany lub wytwarzany w reakcji chemicznej przy stałym ciśnieniu. Jest to jednostka termodynamiczna o przydatnej miary do obliczenia zwolnionej lub wyprodukowanej energii.

Ponieważ entalpia wywodzi się z ciśnienia, objętości i energii wewnętrznej, które są funkcjami stanu, entalpia jest również funkcją stanu.

ΔH lub zmiana entalpii powstała jako jednostka miary mała obliczenie zmiany energii systemu, gdy zbyt trudno było znaleźć δu, lub zmiana energii wewnętrznej systemu, jednocześnie mierząc ilość ciepła i ciepła i wymieniona praca.

Dawać.

Notacja ΔHº lub δHº_R Następnie powstają, aby wyjaśnić dokładną temperaturę i ciśnienie ciepła reakcji δH.

Standardowa entalpia reakcji jest symbolizowana przez ΔHº lub ΔHºrxn i może zakładać zarówno wartości dodatnie, jak i ujemne. Jednostki dla ΔHº to kilokejuli na mol lub kJ / mol.

Wcześniejsza koncepcja zrozumienia ciepła reakcji: różnice między ΔH i δHº_R

- Δ = reprezentuje zmianę entalpii (entalpia produktów oprócz entalpii reagentów).

Wartość dodatnia wskazuje, że produkty mają większą entalpię lub że jest to reakcja endotermiczna (wymagane jest ciepło).

Wartość ujemna wskazuje, że reagenty mają większą entalpię lub że jest to reakcja egzotermiczna (następuje ciepło).

- º = oznacza, że ​​reakcja jest standardową zmianą entalpii i występuje przy wstępnie ustalonym ciśnieniu / temperaturze.

- R = oznacza, że ​​ta zmiana jest entalpią reakcji.

Może ci służyć: wapń: właściwości, struktura, uzyskiwanie, użycia

- Stan standardowy: Standardowym stanem stałego lub cieczy jest czystą substancję pod ciśnieniem 1 baru lub co to samo, 1 atmosfera (105 PA) i temperatura 25 ° C lub co to samo, 298 k.

- ΔHº_R Jest to standardowe ciepło reakcji lub standardowa entalpia reakcji, a ponieważ δh mierzy również entalpię reakcji. Jednak ΔHºrxn ma miejsce w „standardowych” warunkach, co oznacza, że ​​reakcja ma miejsce w 25 ° C i 1 atm.

Korzyść z pomiaru ΔH w standardowych warunkach polega na zdolności do powiązania wartości HHº z inną, ponieważ występują w tych samych warunkach.

Ciepło formacyjne

Standardowe ciepło formacyjne, hh_Fº, chemikalia to ilość ciepła wchłaniana lub uwalniana z tworzenia 1 mol tego chemikalia w temperaturze 25 ° C i 1 bar jego pierwiastków w standardowych stanach.

Element jest w stanie standardowym, jeśli jest w najbardziej stabilnej postaci i stanu fizycznym (stałym, ciekłym lub gazowym) w temperaturze 25 ° C i 1 bar.

Na przykład standardowe ciepło tworzenia dwutlenku węgla implikuje tlen i węgiel jako odczynniki.

Tlen jest bardziej stabilny jak cząsteczki gazowe lub₂, podczas gdy węgiel jest bardziej stabilny jak grafit stały (grafit jest bardziej stabilny niż diament w standardowych warunkach).

Aby wyrazić definicję w inny sposób, standardowe ciepło formacji jest specjalnym rodzajem standardowego ciepła reakcji.

Reakcja jest tworzeniem 1 mol chemikalia jego pierwiastków w standardowych stanach w standardowych warunkach.

Może ci służyć: metaliczny charakter

Standardowe ciepło formacji nazywa się również standardową entalpią formacji (chociaż tak naprawdę jest to zmiana entalpii).

Z definicji tworzenie samego elementu nie spowodowałoby żadnej zmiany entalpii, więc standardowe ciepło reakcyjne dla wszystkich elementów wynosi zero.

Obliczanie entalpii reakcji

1. Obliczenia eksperymentalne

Entalpię można mierzyć eksperymentalnie za pomocą kalorymetru. Kalorymetr to przyrząd, w którym próbka jest reakcja przez kable elektryczne, które zapewniają energię aktywacyjną. Próbka znajduje się w pojemniku otoczonym wodą, który jest stale mieszany.

Podczas pomiaru za pomocą kalorymetru zmiana temperatury występuje, gdy próbka reaguje, i znając ciepło właściwe wody i jej masę, ciepło, które uwalnia lub pochłania reakcję, jest obliczane przez równanie q = Cesp x M x δt.

W tym równaniu, co jest ciepłem, CESP jest ciepłem właściwym, w tym przypadku wody, które jest równe 1 kalorii na gram, m to masa wody, a ΔT to zmiana temperatury.

Kalorymetr jest izolowanym układem, który ma stałe ciśnienie, więc δh_R= q

2. Obliczenia teoretyczne

Zmiana entalpii nie zależy od konkretnej drogi reakcji, ale tylko od poziomu globalnej energii produktów i odczynników. Entalpía jest funkcją państwa i jako taka jest addytywna.

Aby obliczyć standardową entalpię reakcji, możemy dodać standardowe entalpie tworzenia odczynników i odjąć ją od suma standardowych entalpii tworzenia produktu. Matematycznie daje nam to:

Może ci służyć: 6 naturalnych wskaźników pH i ich cechy

ΔH_R° = σ δH_Fº (produkty) - σ δh_Fº (reagenty).

Reakcje entalpie są zwykle obliczane na podstawie entalpii tworzenia odczynników w normalnych warunkach (ciśnienie 1 bar i temperatura 25 ° C).

Aby wyjaśnić tę zasadę termodynamiki, obliczymy entalpię reakcji na spalanie metanu (CH₄) Według wzoru:

Ch₄ (g) + 2nd₂ (g) → CO₂ (g) + 2H₂O (g)

Aby obliczyć standardową entalpię reakcji, musimy szukać standardowych entalpii treningowych dla każdej z odczynników i produktów zaangażowanych w reakcję.

Zwykle występują w załączniku lub w kilku tabelach online. W przypadku tej reakcji potrzebujemy danych:

H_FCh₄ (g) = -75 kjoul/mol.

H_Fº O₂ (g) = 0 kjoul/mol.

H_Fº CO₂ (g) = -394 kjoul/mol.

H_Fº H₂o (g) = -284 kjoul/mol.

Zauważ, że ponieważ jest w stanie standardowym, standardowa entalpia tworzenia gazu wynosi 0 kJ / mol.

Następnie podsumowujemy nasze standardowe entalpie treningowe. Pamiętaj, że ponieważ jednostki znajdują się w KJ / mol, musimy pomnożyć przez współczynniki stechiometryczne w równaniu zrównoważonym.

Σ δH_Fº (produkty) = δh_Fº CO₂ +2 δH_Fº H₂o

Σ δH_Fº (produkty) = -1 (394 kjoul/mol) -2 (284 kjoul/mol) = -962 kjoul/mol

Σ δH_Fº (reagenty) = δh_FCh₄ + ΔH_Fº O₂

Σ δH_Fº (reagenty) = -75 kjoul/mol + 2 (0 kjoul/mol) = -75 kjoul/mol

Teraz możemy znaleźć standardową entalpię reakcji:

ΔH_R° = σ δH_Fº (produkty) - σ δh_Fº (reagenty) = (- 962)- (- 75) =

ΔH_R° = - 887 kJ / mol.

Bibliografia

1. Entalpia definicji reakcji. Wyzdrowiał z Thoughco.com.
2. (S.F.). Standardowa entalpia reakcji. Odzyskane z nieograniczonego.com.