Mikä on reaktiolämpö?

reaktion lämpö tai reaktion entalpia (ΔH) on muutos kemiallisen reaktion entalpiassa, joka tapahtuu jatkuvassa paineessa (Anne Marie Helmenstine, 2014).

Koska entalpia johdetaan paineesta, tilavuudesta ja sisäisestä energiasta, jotka ovat kaikki valtion toimintoja, entalpia on myös valtion tehtävä (Rachel Martin, 2014).

ΔH tai entalpian muutos muodostui mittayksikönä järjestelmän energiamuutoksen laskemiseksi, kun becameU: n löytäminen tai järjestelmän sisäisen energian muutos oli liian vaikeaa samanaikaisesti mitata lämpöä ja työtä vaihtaa keskenään.

Jatkuvan paineen vuoksi entalpian muutos on yhtä suuri kuin lämpö ja se voidaan mitata arvona ΔH = q.

Merkintä ΔHº tai ΔHº_R sitten syntyy selittää reaktion lämmön tarkka lämpötila ja paine.

Reaktion standardi-entalpiaa symboloi ΔHº tai ΔHºrxn ja se voi olettaa sekä positiivisia että negatiivisia arvoja. ΔHº: n yksiköt ovat kilojouleja per mooli tai kj / mol.

Aiempi käsite ymmärtää reaktion lämpöä: erot AH ja ΔHº välillä_R.

Δ = edustaa entalpian muutosta (tuotteiden entalpia miinus reaktanttien entalpia).

Positiivinen arvo osoittaa, että tuotteilla on suurempi entalpia tai että se on endoterminen reaktio (lämpöä tarvitaan).

Negatiivinen arvo osoittaa, että reagensseilla on suurempi entalpia tai että se on eksoterminen reaktio (lämpö tuotetaan).

º = tarkoittaa, että reaktio on standardi entalpian muutos ja se tapahtuu ennalta asetetussa paineessa / lämpötilassa.

r = tarkoittaa, että tämä muutos on reaktion entalpia.

Vakiotila: kiinteän tai nestemäisen nesteen vakioasema on puhdas aine paineessa 1 bar tai mikä on sama ilmakehä (105 Pa) ja lämpötila 25 ° C tai sama 298 K.

ΔHº_R on reaktion normaali lämpö tai reaktion tavallinen entalpia, ja koska AH mittaa myös reaktion entalpiaa. AHºrxn tapahtuu kuitenkin "vakio" -olosuhteissa, mikä tarkoittaa, että reaktio tapahtuu 25 ° C: ssa ja 1 atm: ssa..

AH: n mittauksen etuna vakio-olosuhteissa on kyky yhdistää AHº: n arvo toiseen, koska ne esiintyvät samoissa olosuhteissa (Clark, 2013).

Koulutuslämpö

Normaali muodostumislämpö, ​​AH_Fº, kemikaalista on sellaisen lämmön määrä, joka on absorboitunut tai vapautunut 1 moolin muodostumisesta kyseisestä kemikaalista 25 asteen celsiusasteella ja 1 bar sen elementtejä sen vakiotiloissaan.

Elementti on vakioasemassaan, jos se on vakaimmassa muodossaan ja sen fyysinen tila (kiinteä, neste tai kaasu) 25 celsiusasteessa ja 1 bar (Jonathan Nguyen, 2017).

Esimerkiksi hiilidioksidin muodostumisen standardilämpö merkitsee happea ja hiiltä reagoivina aineina.

Happi on vakaampi kuin kaasumolekyylit TAI₂, kun hiili on vakaampi kuin kiinteä grafiitti. (Grafiitti on vakaampi kuin timantti vakio-olosuhteissa.)

Määritelmän ilmaisemiseksi toisella tavalla, standardinmuodostuslämpö on erityinen tyypillinen lämpöreaktio.

Reaktio on 1 moolin sen elementtien kemikaalin muodostuminen standardiolosuhteissaan vakio-olosuhteissa.

Muodostumisen vakiolämpöä kutsutaan myös muodostuksen tavalliseksi entalpiaksi (vaikka se onkin todellakin muutos entalpiassa).

Määritelmän mukaan itse elementin muodostuminen ei aiheuttaisi muutoksia entalpiaan, joten kaikkien elementtien reaktiolämpötila on nolla (Cai, 2014).

Reaktion entalpian laskeminen

1 - Kokeellinen laskenta

Entopia voidaan mitata kokeellisesti kalorimetrin avulla. Kalorimetri on laite, jossa näyte saatetaan reagoimaan sähkökaapeleilla, jotka tarjoavat aktivointienergian. Näyte on säiliössä, jota ympäröi jatkuvasti ravistava vesi.

Kun mitataan lämpötilan muutoksella, joka tapahtuu näytteen reagoinnissa, ja kun tiedetään veden ja sen massan erityinen lämpö, ​​reaktio vapauttava tai absorboiva lämpö lasketaan yhtälöllä q = Cesp x m x ΔT.

Tässä yhtälössä q on lämpö, ​​Cesp on tässä tapauksessa veden erityinen lämpö, ​​joka on yhtä kuin 1 kalori grammaa kohti, m on veden massa ja ΔT lämpötilan muutos.

Kalorimetri on eristetty järjestelmä, jolla on vakio paine, joten ΔH_R= q

2 Teoreettinen laskenta

Entalpian muutos ei riipu reaktion tietystä tiestä, vaan vain tuotteiden ja reagenssien kokonaisenergiatasosta. Entalpia on valtion tehtävä, ja sellaisena se on additiivinen.

Reaktion normaalin entalpian laskemiseksi voimme lisätä reaktanttien muodostumisen standardi- entalpiat ja vähentää se tuotteiden muodostumisen standardien entalpioiden summasta (Boundless, S.F.). Matemaattisesti tämä antaa meille:

.DELTA.H_R° = Σ ΔH_Fº (tuotteet) - Σ ΔH_Fº (reagenssit).

Reaktioiden entalpiat lasketaan tavallisesti reagenssien muodostumisen entalpioista normaaleissa olosuhteissa (paine 1 bar ja lämpötila 25 astetta)..

Tämän termodynamiikan periaatteen selittämiseksi laskemme metaanin palamisen reaktion entalpian (CH₄) seuraavan kaavan mukaisesti:

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

Reaktion normaalin entalpian laskemiseksi meidän on etsittävä muodonmuodostusstandardit jokaiselle reaktiossa mukana olevalle reagenssille ja tuotteelle..

Nämä löytyvät yleensä liitteestä tai useista online-taulukoista. Tätä reaktiota varten tarvitsemme tietoja:

H_F§ CH₄ (g) = -75 kjoul / mol.

H_Fº O₂ (g) = 0 kjoul / mol.

H_F° CO₂ (g) = -394 kjoul / mol.

H_Fº H₂O (g) = -284 kjoul / mol.

Huomaa, että koska se on vakiotilassa, hapen kaasun muodostuksen tavallinen entalpia on 0 kJ / mol.

Seuraavaksi me tiivistämme harjoittelun tavalliset entalpiat. Huomaa, että koska yksiköt ovat kJ / mol, meidän on kerrottava stoikiometrisillä kertoimilla tasapainotetussa reaktioyhtälössä (Leaf Group Ltd, S.F.).

Σ ΔH_Fº (tuotteet) = ΔH_F° CO₂ +2 AH_Fº H₂O

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

Σ ΔH_Fº (reagenssit) = ΔH_F§ CH₄ + .DELTA.H_Fº O₂

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

Nyt löydämme reaktion tavallisen entalpian:

.DELTA.H_R° = Σ ΔH_Fº (tuotteet) - Σ ΔH_Fº (reagenssit) = (- 962) - (- 75) =

.DELTA.H_R° = - 887 kJ / mol.

viittaukset

1. Anne Marie Helmenstine. (2014, 11. kesäkuuta). Reaktion määritelmän entalpia. Haettu osoitteesta thinkco: thinkco.com.
2. (S.F.). Reaktion tavallinen entalpia. Palautettu rajattomasti: boundless.com.
3. Cai, E. (2014, 11. maaliskuuta). standardinmuodostuslämpö. Palautettu kemialliselta tilastolliselta: chemicalstatistician.wordpress.com.
4. Clark, J. (2013, toukokuu). Eri entalpian muutosmääritelmät. Haettu osoitteesta chemguide.co.uk: chemguide.co.uk.
5. Jonathan Nguyen, G. L. (2017, helmikuu 9). Muodostumisen vakio-astalpia. Haettu osoitteesta chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
6. Leaf Group Ltd. (S.F.). Miten lasketaan reaktion entalpiat. Elpynyt sciencing: sciencing.com.
7. Rachel Martin, E. Y. (2014, 7. toukokuuta). Reaktion lämpö. Haettu osoitteesta chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.