Hvad er reaktionsvarme?

den reaktionsvarme eller reaktionens entalpy (ΔH) er ændringen i entalpien af ​​en kemisk reaktion, der forekommer ved konstant tryk (Anne Marie Helmenstine, 2014).

Da entalpier er afledt af tryk, volumen og intern energi, som er alle statslige funktioner, er entalpier også en funktion af staten (Rachel Martin, 2014).

.DELTA.H, eller enthalpi ændring opstået som en måleenhed for at beregne ændringen i energi af et system, når det blev for svært at finde den .DELTA.u, eller ændre i intern energi af et system samtidigt at måle mængden af ​​varme og arbejde byttes.

Med et konstant tryk er entalpyændringen lig med varmen og kan måles som ΔH = q.

Notationen ΔHº eller ΔHº_r opstår derefter for at forklare den præcise temperatur og tryk for reaktionsheds reaktion ΔH.

Standard reaktion entalpien er symboliseret af ΔHº eller ΔHºrxn og kan antage både positive og negative værdier. Enhederne for ΔHº er kilojoule pr. Mol, eller kj / mol.

Tidligere koncept for at forstå reaktionsvarmen: Forskelle mellem ΔH og ΔHº_r.

Δ = repræsenterer ændringen i entalpy (entalpy af produkterne minus entalpien af ​​reaktanterne).

En positiv værdi indikerer, at produkterne har højere entalpier, eller at det er en endoterm reaktion (varme er påkrævet).

En negativ værdi indikerer, at reaktanterne har højere entalpier, eller at det er en eksoterm reaktion (varme produceres).

º = betyder, at reaktionen er en standard entalpiændring og forekommer ved et forudindstillet tryk / temperatur.

r = angiver, at denne ændring er reaktionens entalpi.

Standard Status: standard tilstand af et fast eller flydende er rent ved et tryk på 1 bar eller hvad er den samme 1 atmosfære (105 Pa) substans og en temperatur på 25 ° C, eller hvad der er det samme 298 K.

ΔHº_r er standardvarmen for reaktion eller standard entalpy af en reaktion, og som ΔH måler også enthalpien af ​​en reaktion. Imidlertid finder ΔHºrxn sted under "standard" betingelser, hvilket betyder, at reaktionen finder sted ved 25ºC og 1 atm.

Fordelen ved en måling af ΔH under standardbetingelser ligger i evnen til at relatere en værdi af ΔHº med en anden, da de forekommer under de samme betingelser (Clark, 2013).

Træning varme

Standardvarmen af ​​dannelse, ΔH_Fº, af et kemikalie er mængden af ​​varme absorberet eller frigivet fra dannelsen af ​​1 mol af det pågældende kemikalie ved 25 grader Celsius og 1 bar af dets elementer i dets standardtilstande.

Et element er i sin standard tilstand, hvis det er i sin mest stabile form og dets fysiske tilstand (fast, flydende eller gas) ved 25 grader Celsius og 1 bar (Jonathan Nguyen, 2017).

For eksempel indebærer standardvarmen for dannelse af kuldioxid ilt og kulstof som reaktanter.

Oxygen er mere stabil som gasmolekyler ELLER₂, mens kulstof er mere stabilt som fast grafit. (Grafit er mere stabilt end diamant under standardbetingelser.)

For at udtrykke definitionen på en anden måde er standardvarmen af ​​dannelsen en speciel type standardvarme-reaktion.

Reaktionen er dannelsen af ​​1 mol af et kemikalie af dets elementer i deres standardtilstand under standardbetingelser.

Standardvarmen af ​​formationen kaldes også standard entalpien af ​​formationen (selvom det virkelig er en ændring i entalpien).

Ved definition ville dannelsen af ​​et element i sig selv ikke frembringe nogen ændring i entalpien, så den normale reaktionsvarme for alle elementer er nul (Cai, 2014).

Beregning af reaktionsenthalpi

1- Eksperimentel beregning

Entalpien kan måles eksperimentelt ved brug af en kalorimeter. En kalorimeter er et instrument, hvor en prøve reageres gennem elektriske kabler, der tilvejebringer aktiveringsenergien. Prøven er i en beholder omgivet af vand, der konstant ryster.

Ved at måle en temperaturændring fremstilles ved omsætning af prøven og kende den specifikke varme vand og dens masse, varme, der frigøres eller absorberes af reaktionsligningen q = x m x Cesp beregnes .DELTA.T.

I denne ligning er q varmen, Cesp er den specifikke varme i dette tilfælde af vandet, der svarer til 1 kalorie pr. Gram, m er massen af ​​vand og ΔT er temperaturændringen.

Kalorimeteret er et isoleret system, der har et konstant tryk, så ΔH_r= q

2- Teoretisk beregning

Entalpyændringen afhænger ikke af den specifikke bane til en reaktion, men kun på det samlede energiniveau for produkterne og reagenserne. Enthalpy er en funktion af staten, og som sådan er additiv.

At beregne standard enthalpi reaktion, kan vi tilføje faste dannelsesentalpier af reaktanterne og subtrahere summen af ​​faste dannelsesentalpier af produkterne (Grænseløse, S.F.). Sagde matematisk, det giver os:

.DELTA.H_r° = Σ ΔH_Fº (produkter) - Σ ΔH_Fº (reaktanter).

Enthalpierne af reaktioner beregnes sædvanligvis ud fra entalpier af reagensdannelse under normale forhold (tryk på 1 bar og temperatur 25 grader Celsius).

For at forklare dette termodynamikprincip beregner vi entalpien af ​​reaktionen til forbrændingen af ​​methan (CH₄) ifølge formlen:

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

For at beregne standard-entalpien af ​​reaktionen skal vi kigge efter standard enthalpier af dannelse for hver af reaktanterne og produkterne involveret i reaktionen.

Disse findes normalt i et bilag eller i flere online-tabeller. Til denne reaktion er de data vi har brug for:

H_Fº CH₄ (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.

Bemærk, at fordi den er i sin standardtilstand, er standard entalpien af ​​dannelse for iltgas 0 kJ / mol.

Nedenfor har vi vi opsummere vores standard dannelsesentalpier. Bemærk, at fordi enhederne er i kJ / mol, er vi nødt til at formere sig ved de støkiometriske koefficienter i ligningen afbalanceret reaktion (Leaf Group Ltd, S.F.).

Σ ΔH_Fº (produkter) = ΔH_Fº CO₂ +2 ΔH_Fº H₂O

Σ ΔH_Fº (produkter) = -1 (394 kjoul / mol) -2 (284 kjoul / mol) = -962 kjoul / mol

Σ ΔH_Fº (reaktanter) = ΔH_Fº CH₄ + .DELTA.H_Fº O₂

Σ ΔH_Fº (reaktanter) = -75 kjoul / mol + 2 (0 kjoul / mol) = -75 kjoul / mol

Nu kan vi finde reaktionens standard entalpy:

.DELTA.H_r° = Σ ΔH_Fº (produkter) - Σ ΔH_Fº (reaktanter) = (- 962) - (- 75) =

.DELTA.H_r° = - 887 kJ / mol.

referencer

1. Anne Marie Helmenstine. (2014, 11. juni). Enthalpy of Reaction Definition. Hentet fra thoughtco: thoughtco.com.
2. (S.F.). Standard Enthalpy of Reaction. Gendannet fra grænseløs: boundless.com.
3. Cai, E. (2014, marts 11). standardvarme af dannelse. Gendannet fra kemisk statistikere: chemicalstatistician.wordpress.com.
4. Clark, J. (2013, maj). Forskellige entalpyændringsdefinitioner. Hentet fra chemguide.co.uk: chemguide.co.uk.
5. Jonathan Nguyen, G. L. (2017, februar 9). Standard Enthalpy of Formation. Hentet fra chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
6. Leaf Group Ltd. (S.F.). Sådan beregnes entalier af reaktion. Genoprettet fra sciencing: sciencing.com.
7. Rachel Martin, E. Y. (2014, maj 7). Reaktionsvarme. Hentet fra chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.