Co to jest ciepło reakcji?

The ciepło reakcji lub entalpia reakcji (ΔH) to zmiana entalpii reakcji chemicznej, która zachodzi przy stałym ciśnieniu (Anne Marie Helmenstine, 2014).

Ponieważ entalpia pochodzi od ciśnienia, objętości i energii wewnętrznej, które są wszystkimi funkcjami stanu, entalpia jest również funkcją stanu (Rachel Martin, 2014).

.DELTA.H lub entalpia zmiana pojawiła się jako jednostkę miary obliczyć zmianę energii systemu, kiedy stało się zbyt trudne do znalezienia .DELTA.u lub zmienić w energię wewnętrzną układu równoczesnego pomiaru ilości ciepła i pracy zamieniać.

Przy stałym ciśnieniu zmiana entalpii jest równa ciepłu i może być zmierzona jako ΔH = q.

Oznaczenie ΔHº lub ΔHº_r następnie powstaje wyjaśnienie dokładnej temperatury i ciśnienia ciepła reakcji ΔH.

Standardowa entalpia reakcji jest symbolizowana przez ΔHº lub ΔHºrxn i może przyjmować wartości dodatnie i ujemne. Jednostkami ΔHº są kilodżuli na mol lub kj / mol.

Poprzednia koncepcja zrozumienia ciepła reakcji: różnice między ΔH i ΔHº_r.

Δ = oznacza zmianę entalpii (entalpia produktów minus entalpia reagentów).

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

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

º = oznacza, że ​​reakcja jest standardową zmianą entalpii i zachodzi przy ustalonym wcześniej ciśnieniu / temperaturze.

r = oznacza, że ​​ta zmiana jest entalpią reakcji.

Standard Stan: średnia stan stały lub ciekły czysta pod ciśnieniem 1 bar, co jest samo 1 atmosfery (105 Pa) i temperaturę substancji od 25 ° C, lub, co jest samo 298 K.

ΔHº_r jest standardowym ciepłem reakcji lub standardowej entalpii reakcji, a ponieważ ΔH mierzy również entalpię reakcji. Jednak ΔHºrxn zachodzi w warunkach „standardowych”, co oznacza, że ​​reakcja zachodzi w 25ºC i 1 atm.

Korzyść z pomiaru ΔH w warunkach standardowych polega na możliwości powiązania wartości ΔHº z inną, ponieważ występują one w tych samych warunkach (Clark, 2013).

Ciepło treningowe

Standardowe ciepło powstawania, ΔH_fº chemikaliów to ilość ciepła zaabsorbowanego lub uwolnionego z utworzenia 1 mola tej substancji chemicznej w 25 stopniach Celsjusza i 1 bar jej pierwiastków w stanach standardowych.

Element jest w swoim standardowym stanie, jeśli jest w swojej najbardziej stabilnej formie i stanie fizycznym (ciało stałe, ciecz lub gaz) w temperaturze 25 stopni Celsjusza i 1 baru (Jonathan Nguyen, 2017).

Na przykład standardowe ciepło powstawania dwutlenku węgla oznacza tlen i węgiel jako reagenty.

Tlen jest bardziej stabilny jako cząsteczki gazu LUB₂, podczas gdy węgiel jest bardziej stabilny jako stały grafit. (Grafit jest bardziej stabilny niż diament w standardowych warunkach).

Aby wyrazić definicję w inny sposób, standardowe ciepło formowania jest specjalnym typem standardowej reakcji cieplnej.

Reakcja polega na utworzeniu 1 mola substancji chemicznej jej pierwiastków w ich standardowych stanach w standardowych warunkach.

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

Z definicji, formowanie się samego elementu nie spowodowałoby żadnej zmiany entalpii, więc standardowe ciepło reakcji dla wszystkich pierwiastków wynosi zero (Cai, 2014).

Obliczanie entalpii reakcji

1- Obliczenia eksperymentalne

Entalpię można zmierzyć eksperymentalnie za pomocą kalorymetru. Kalorymetr jest narzędziem, w którym próbka jest poddawana reakcji przez kable elektryczne, które dostarczają energię aktywacji. Próbka znajduje się w pojemniku otoczonym wodą, która stale się trzęsie.

Podczas pomiaru ze zmianą temperatury, która występuje, gdy próbka jest poddawana reakcji i znając ciepło właściwe wody i jej masy, ciepło uwalniane lub absorbowane przez reakcję oblicza się za pomocą równania q = Cesp x m x ΔT.

W tym acuación q oznacza ciepła CESP jest ciepło w tym przypadku woda jest 1 kalorii na gram, m oznacza masę wody, a T jest zmiana temperatury.

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

2- Obliczenia teoretyczne

Zmiana entalpii nie zależy od konkretnej ścieżki reakcji, a jedynie od ogólnego poziomu energii produktów i odczynników. Entalpia jest funkcją stanu i jako taka jest addytywna.

Aby obliczyć standardową entalpię reakcji, to można dodać standardowe entalpii tworzenia reagentów i odjęcie sumy normalnych entalpii tworzenia produktów (niezmierzonych, S.F.). Powiedział matematycznie, to daje nam:

HH_r° = Σ HH_fº (produkty) - Σ ΔH_fº (reagenty).

Entalpie reakcji są zwykle obliczane z entalpii tworzenia odczynnika w normalnych warunkach (ciśnienie 1 bar i temperatura 25 stopni Celsjusza).

Aby wyjaśnić tę zasadę termodynamiki, obliczymy entalpię reakcji spalania metanu (CH₄) według wzoru:

CH₄ (g) + 2O₂ (g) → CO₂ (g) + 2H₂O (g)

Aby obliczyć standardową entalpię reakcji, musimy poszukać standardowych entalpii formacji dla każdego z reagentów i produktów biorących udział w reakcji.

Znajdują się one zwykle w dodatku lub w kilku tabelach online. Do tej reakcji potrzebujemy danych:

H_fCH₄ (g) = -75 kjoul / mol.

H_fº O₂ (g) = 0 kjoul / mol.

H_fCO₂ (g) = -394 kjoul / mol.

H_fº H₂O (g) = -284 kjoul / mol.

Należy zauważyć, że ponieważ jest w swoim standardowym stanie, standardowa entalpia tworzenia tlenu gazowego wynosi 0 kJ / mol.

Poniżej podsumowujemy nasze standardowe entalpie tworzenia. Należy zauważyć, że jednostki są w kJ / mol, trzeba pomnożyć przez stechiometrycznych w równaniu zrównoważony reakcji (liść Group Ltd S.F.).

Δ HH_fº (produkty) = ΔH_fCO₂ +2 ΔH_fº H₂O

Δ HH_fº (produkty) = -1 (394 kjoul / mol) -2 (284 kjoul / mol) = -962 kjoul / mol

Δ HH_fº (reagenty) = ΔH_fCH₄ + HH_fº O₂

Δ HH_fº (reagenty) = -75 kjoul / mol + 2 (0 kjoul / mol) = -75 kjoul / mol

Teraz możemy znaleźć standardową entalpię reakcji:

HH_r° = Σ HH_fº (produkty) - Σ ΔH_fº (reagenty) = (- 962) - (- 75) =

HH_r° = - 887 kJ / mol.

Referencje

1. Anne Marie Helmenstine. (2014, 11 czerwca). Entalpia definicji reakcji. Źródło: thoughtco: thoughtco.com.
2. (S.F.). Standardowa entalpia reakcji. Odzyskany z bezgranicznego: boundless.com.
3. Cai, E. (2014, 11 marca). standardowe ciepło formacji. Odzyskany z Chemicalstatistician: Chemicalstatistician.wordpress.com.
4. Clark, J. (2013, maj). Różne definicje zmian entalpii. Źródło: chemguide.co.uk: chemguide.co.uk.
5. Jonathan Nguyen, G. L. (2017, 9 lutego). Standardowa entalpia formacji. Źródło: chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
6. Leaf Group Ltd. (S.F.). Jak obliczyć entalpie reakcji. Odzyskany z sciencing: sciencing.com.
7. Rachel Martin, E. Y. (2014, 7 maja). Ciepło reakcji. Źródło: chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.