Vad är reaktionsvärme?



den reaktionsvärme eller reaktionens entalpy (ΔH) är förändringen i entalpien av en kemisk reaktion som sker vid konstant tryck (Anne Marie Helmenstine, 2014).

Eftersom entalpy härstammar från tryck, volym och inre energi, som är alla statliga funktioner, är entalpy också en funktion av staten (Rachel Martin, 2014).

ΔH eller entalpiförändringen uppstod som en måttenhet för att beräkna energiförändringen hos ett system när det blev för svårt att hitta ΔU, eller förändra det inre energin i ett system samtidigt som mängden värme och arbete mäts utbytas.

Med ett konstant tryck är entalpiförändringen lika med värmen och kan mätas som ΔH = q.

Notationen ΔHº eller ΔHºr uppstår då för att förklara exakt temperaturen och trycket för reaktionshettans värme.

Standard-entalpin för reaktion symboliseras av ΔHº eller ΔHºrxn och kan anta både positiva och negativa värden. Enheterna för ΔHº är kilojoules per mol, eller kj / mol.

Tidigare koncept för att förstå reaktionsvärmen: skillnader mellan ΔH och ΔHºr.

Δ = representerar förändringen i entalpy (entalpy av produkterna minus enthalpy av reaktanterna).

Ett positivt värde indikerar att produkterna har högre entalpi, eller att det är en endoterm reaktion (värme krävs).

Ett negativt värde indikerar att reaktanterna har högre entalpi, eller att det är en exoterm reaktion (värme produceras).

º = betyder att reaktionen är en standard entalpiförändring och uppträder vid ett förinställt tryck / temperatur.

r = betecknar att denna förändring är reaktionens entalpi.

Standardstaten: Standardformen för en fast substans eller en vätska är den rena substansen vid ett tryck på 1 bar eller vad är samma 1 atmosfär (105 Pa) och en temperatur på 25 ° C, eller vad är detsamma 298 K.

ΔHºr är standardvärmen för reaktion eller standard entalpy av en reaktion, och som ΔH mäter också entaliteten hos en reaktion. Men ΔHºrxn sker under "standard" -betingelser, vilket innebär att reaktionen äger rum vid 25ºC och 1 atm.

Fördelen med en mätning av ΔH under normala förhållanden ligger i förmågan att relatera ett värde av ΔHº med en annan, eftersom de förekommer under samma förhållanden (Clark, 2013).

Utbildning värme

Den vanliga värmen av bildning, ΔHFº, av en kemikalie är mängden värme absorberad eller frigjord från bildningen av 1 mol av den kemiska vid 25 grader Celsius och 1 bar av dess element i dess standardtillstånd.

Ett element är i sitt standardläge om det är i sin mest stabila form och dess fysiska tillstånd (fast, flytande eller gas) vid 25 grader Celsius och 1 bar (Jonathan Nguyen, 2017).

Exempelvis innebär standardvärmen för bildning för koldioxid syre och kol som reaktanter.

Syre är stabilare som gasmolekyler ELLER2, medan kol är stabilare som fast grafit. (Grafit är stabilare än diamant under normala förhållanden.)

För att uttrycka definitionen på ett annat sätt är standardvärmen av bildning en speciell typ av standardvärmereaktion.

Reaktionen är bildningen av 1 mol av en kemikalie av dess element i deras standardtillstånd under standardbetingelser.

Den vanliga värmen av bildningen kallas också standard entalpy av bildningen (även om det verkligen är en förändring i entalpin).

Enligt definitionen skulle bildandet av ett element i sig inte ge någon förändring i entalpin, så den normala reaktionsvärmen för alla element är noll (Cai, 2014).

Beräkning av reaktionsenthalpy

1- Experimentell beräkning

Entalpin kan mätas experimentellt med hjälp av en kalorimeter. En kalorimeter är ett instrument där ett prov reageras genom elektriska kablar som ger aktiveringsenergin. Provet är i en behållare omgiven av vatten som ständigt skakar.

Genom mätning av en temperaturförändring som produceras genom reaktion av provet och att veta det specifika värmet av vatten och dess massa, den värme som frigörs eller absorberas av reaktionsekvationen q = x m x Cesp beräknas AT.

I denna ekvation är q värmen, Cesp är den specifika värmen i det här fallet av vattnet som är lika med 1 kalori per gram, m är massan av vatten och ΔT är temperaturförändringen.

Kalorimetern är ett isolerat system som har ett konstant tryck, så ΔHr= q

2- Teoretisk beräkning

Entalpiförändringen beror inte på den specifika vägen för en reaktion, utan endast på den totala energinivån för produkterna och reagenserna. Entalalp är en funktion av staten, och som sådan är tillsats.

För att beräkna standard-entalpien för en reaktion kan vi lägga till standard entalpierna för bildning av reaktanterna och subtrahera den från summan av standardenthalpierna för bildning av produkterna (Boundless, S.F.). Matematiskt sagt ger detta oss:

.DELTA.Hr° = Σ ΔHFº (produkter) - Σ ΔHFº (reaktanter).

Enthalpierna av reaktioner beräknas vanligen från entalpier av reagensbildning under normala förhållanden (tryck på 1 bar och temperatur 25 grader Celsius).

För att förklara denna princip av termodynamik, kommer vi att beräkna entalpin av reaktionen för förbränning av metan (CH4) enligt formeln:

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

För att beräkna reaktionsstandardens entalpy, måste vi leta efter standard entalpier av bildning för var och en av reaktanterna och produkterna som är involverade i reaktionen.

Dessa finns vanligtvis i en bilaga eller i flera onlinebord. För den här reaktionen är de data vi behöver:

HF° CH4 (g) = -75 kjoul / mol.

HFº O2 (g) = 0 kjoul / mol.

HFº CO2 (g) = -394 kjoul / mol.

HFº H2O (g) = -284 kjoul / mol.

Observera att eftersom det är i dess standardtillstånd är standard entalpin av bildning för syrgas gas 0 kJ / mol.

Därefter summerar vi våra standard entalpier av träning. Observera att eftersom enheterna är i kJ / mol måste vi multiplicera med de stökiometriska koefficienterna i den balanserade reaktionsekvationen (Leaf Group Ltd, S.F.).

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

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

Σ ΔHFº (reaktanter) = ΔHF° CH4 + .DELTA.HFº O2

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

Nu kan vi hitta reaktionens standard entalpy:

.DELTA.Hr° = Σ ΔHFº (produkter) - Σ ΔHFº (reaktanter) = (- 962) - (- 75) =

.DELTA.Hr° = - 887 kJ / mol.

referenser

  1. Anne Marie Helmenstine. (2014, 11 juni). Entalier av reaktionsdefinition. Hämtad från thoughtco: thoughtco.com.
  2. (S.F.). Standard Enthalpy of Reaction. Återställd från gränslös: boundless.com.
  3. Cai, E. (2014, 11 mars). standard värme av bildning. Återställd från kemisk statistikern: chemicalstatistician.wordpress.com.
  4. Clark, J. (2013, maj). Olika entalpyändringsdefinitioner. Hämtad från chemguide.co.uk: chemguide.co.uk.
  5. Jonathan Nguyen, G. L. (2017, 9 februari). Standard Enthalpy of Formation. Hämtad från chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
  6. Leaf Group Ltd. (S.F.). Hur man beräknar entalier av reaktion. Återställd från sciencing: sciencing.com.
  7. Rachel Martin, E. Y. (2014, 7 maj). Reaktionsvärme. Hämtad från chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.