Što je reakcijska toplina?



toplinu reakcije ili entalpija reakcije (ΔH) je promjena entalpije kemijske reakcije koja se događa pri konstantnom tlaku (Anne Marie Helmenstine, 2014).

Budući da je entalpija izvedena iz tlaka, volumena i unutarnje energije, koje su sve funkcije stanja, entalpija je također funkcija stanja (Rachel Martin, 2014).

ΔH, ili promjena entalpije pojavila se kao mjerna jedinica za izračunavanje promjene energije sustava kada je postalo preteško pronaći ΔU, ili promjenu unutarnje energije sustava, istodobno mjerenje količine topline i rada izmjenjuju.

Uz konstantan tlak, promjena entalpije jednaka je toplini i može se izmjeriti kao ΔH = q.

Oznaka ΔHº ili Hºr zatim nastaje objašnjenje precizne temperature i tlaka topline reakcije ΔH.

Standardna entalpija reakcije simbolizirana je ΔHº ili ºHºrxn i može poprimiti i pozitivne i negativne vrijednosti. Jedinice za ΔH º su kilojoule po molu, ili kj / mol.

Prethodni koncept za razumijevanje topline reakcije: razlike između ΔH i ΔHºr.

Δ = predstavlja promjenu entalpije (entalpija proizvoda minus entalpija reaktanata).

Pozitivna vrijednost pokazuje da proizvodi imaju veću entalpiju ili da je endotermna reakcija (toplina je potrebna).

Negativna vrijednost ukazuje na to da reaktanti imaju veću entalpiju ili da je to egzotermna reakcija (nastaje toplina)..

º = znači da je reakcija standardna promjena entalpije i događa se pri unaprijed određenom tlaku / temperaturi.

r = označava da je ta promjena entalpija reakcije.

Standardno stanje: standardno stanje krute tvari ili tekućine je čista tvar pod tlakom od 1 bar ili što je ista 1 atmosfera (105 Pa) i temperatura od 25 ° C, ili što je isto 298 K.

ΔH ºr je standardna toplina reakcije ili standardna entalpija reakcije i kao ΔH također mjeri entalpiju reakcije. Međutim, ΔHºrxn se odvija pod "standardnim" uvjetima, što znači da se reakcija odvija na 25ºC i 1 atm.

Prednost mjerenja ΔH u standardnim uvjetima leži u sposobnosti povezivanja vrijednosti ΔH, s drugom, budući da se javljaju u istim uvjetima (Clark, 2013)..

Treniranje topline

Standardna toplina formiranja, HFº, kemikalije je količina topline koja se apsorbira ili oslobađa od stvaranja 1 mola te kemikalije pri 25 stupnjeva Celzija i 1 bar njezinih elemenata u svojim standardnim stanjima.

Element je u svom standardnom stanju ako je u svom najstabilnijem obliku i svom fizičkom stanju (krutina, tekućina ili plin) na 25 stupnjeva Celzijusa i 1 bar (Jonathan Nguyen, 2017.) \ T.

Na primjer, standardna toplina stvaranja ugljičnog dioksida podrazumijeva kisik i ugljik kao reaktante.

Kisik je stabilniji kao plinske molekule OR2, dok je ugljik stabilniji kao čvrsti grafit. (Grafit je stabilniji od dijamanta pod standardnim uvjetima.)

Da bi se definicija izrazila na drugi način, standardna toplina stvaranja je posebna vrsta standardne reakcije topline.

Reakcija je stvaranje 1 mola kemikalije njegovih elemenata u njihovim standardnim stanjima pod standardnim uvjetima.

Standardna toplina formacije naziva se i standardna entalpija formacije (iako je to zapravo promjena entalpije).

Po definiciji, sama tvorba elementa ne bi proizvela nikakvu promjenu entalpije, tako da je standardna toplina reakcije za sve elemente nula (Cai, 2014).

Izračunavanje entalpije reakcije

1. Eksperimentalni izračun

Entalpija se može eksperimentalno izmjeriti upotrebom kalorimetra. Kalorimetar je instrument u kojem se uzorak reagira električnim kabelima koji osiguravaju energiju aktivacije. Uzorak se nalazi u posudi okruženoj vodom koja se stalno trese.

Prilikom mjerenja promjenom temperature koja se odvija pri reakciji uzorka i poznavanju specifične topline vode i njene mase, toplina koja oslobađa ili apsorbira reakciju izračunava se pomoću jednadžbe q = Cesp x m x ΔT.

U ovoj jednadžbi q je toplina, Cesp je specifična toplina u ovom slučaju vode koja je jednaka 1 kalorija po gramu, m je masa vode i ΔT je promjena temperature.

Kalorimetar je izolirani sustav koji ima konstantan tlak, dakle ΔHr= q

2. Teoretski izračun

Promjena entalpije ne ovisi o određenom putu reakcije, već samo o ukupnoj razini energije proizvoda i reagensa. Entalpija je funkcija stanja i kao takva je aditivna.

Da bi se izračunala standardna entalpija reakcije, možemo dodati standardne entalpije stvaranja reaktanata i oduzeti je od zbroja standardnih entalpija stvaranja produkata (Boundless, S.F.). Matematički je rečeno, to nam daje:

AHr° = ΣHFº (proizvodi) - Σ ΔHFº (reaktanti).

Entalpije reakcija obično se izračunavaju iz entalpija stvaranja reagensa u normalnim uvjetima (tlak od 1 bar i temperatura 25 stupnjeva Celzija)..

Da bismo objasnili ovo načelo termodinamike, izračunat ćemo entalpiju reakcije izgaranja metana (CH)4) prema formuli:

CH4 (g) + 202 (g) → CO2 (g) + 2H2O (g)

Da bi se izračunala standardna entalpija reakcije, trebamo tražiti standardne entalpije stvaranja za svaki od reaktanata i proizvoda uključenih u reakciju.

To se obično nalazi u dodatku ili u nekoliko internetskih tablica. Za ovu reakciju potrebni su nam podaci:

HFº CH4 (g) = -75 kjul / mol.

HFO2 (g) = 0 kjoul / mol.

HFº CO2 (g) = -394 kjoul / mol.

HF° H2O (g) = -284 kjul / mol.

Treba imati na umu da je standardna entalpija formacije kisika za kisik u standardnom stanju 0 kJ / mol.

Dalje, sumiramo naše standardne entalpije treninga. Treba napomenuti da zbog toga što su jedinice u kJ / molu, trebamo pomnožiti sa stehiometrijskim koeficijentima u jednadžbi uravnotežene reakcije (Leaf Group Ltd, S.F.).

ΣAFº (proizvodi) = ΔHFº CO2 +2AF° H2O

ΣAFº (proizvodi) = -1 (394 kjoul / mol) -2 (284 kjoul / mol) = -962 kjoul / mol

ΣAFº (reaktanti) = ΔHFº CH4 + AHFO2

ΣAFº (reaktanti) = -75 kjoul / mol + 2 (0 kjoul / mol) = -75 kjoul / mol

Sada možemo pronaći standardnu ​​entalpiju reakcije:

AHr° = ΣHFº (proizvodi) - Σ ΔHFº (reaktanti) = (- 962) - (- 75) =

AHr° = - 887kJ / mol.

reference

  1. Anne Marie Helmenstine. (2014., 11. lipnja). Entalpija definicije reakcije. Preuzeto iz thoughtco: thoughtco.com.
  2. (S.F.). Standardna entalpija reakcije. Oporavljen od bezgraničnog: boundless.com.
  3. Cai, E. (2014., 11. ožujka). standardna toplina formiranja. Oporavio se od kemijski statističara: chemicalstatistician.wordpress.com.
  4. Clark, J. (2013., svibanj). Različite definicije promjene entalpije. Preuzeto s chemguide.co.uk: chemguide.co.uk.
  5. Jonathan Nguyen, G. L. (2017., 9. veljače). Standardna entalpija formacije. Preuzeto s chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
  6. Leaf Group Ltd. (S.F.). Kako izračunati entalpije reakcije. Oporavio se od znanosti: sciencing.com.
  7. Rachel Martin, E. Y. (2014., 7. svibnja). Toplina reakcije. Preuzeto s chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.