- Poprzednia koncepcja zrozumienia ciepła reakcji: różnice między ΔH i ΔHº
- Ciepło formowania
- Obliczanie entalpii reakcji
- 1- Obliczenia eksperymentalne
- 2- Obliczenia teoretyczne
- Bibliografia
Ciepła reakcji i entalpii reakcji (AH) jest zmiana entalpii reakcji chemicznej zachodzącej pod stałym ciśnieniem. Jest to termodynamiczna jednostka miary przydatna do obliczania ilości energii na mol, która jest uwalniana lub wytwarzana w reakcji.
Ponieważ entalpia pochodzi z ciśnienia, objętości i energii wewnętrznej, z których wszystkie są funkcjami stanu, entalpia jest również funkcją stanu.
ΔH, czyli zmiana entalpii pojawiła się jako jednostka miary mająca na celu obliczenie zmiany energii układu, gdy znalezienie ΔU lub zmiana energii wewnętrznej układu stało się zbyt trudne, jednocześnie mierząc ilość ciepła i pracy zamienione.
Przy stałym ciśnieniu zmiana entalpii równa się ciepłu i można ją zmierzyć jako ΔH = q.
Następnie pojawia się notacja ΔHº lub ΔHº r, aby wyjaśnić dokładną temperaturę i ciśnienie ciepła reakcji ΔH.
Standardowa entalpia reakcji jest symbolizowana przez ΔHº lub ΔHºrxn i może przyjmować zarówno wartości dodatnie, jak i ujemne. Jednostki ΔHº to kilodżule na mol lub kj / mol.
Poprzednia koncepcja zrozumienia ciepła reakcji: różnice między ΔH i ΔHº
Δ = oznacza zmianę entalpii (entalpia produktów minus entalpia reagentów).
Dodatnia wartość 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 zadanym ciśnieniu / temperaturze.
r = oznacza, że ta zmiana jest entalpią reakcji.
Stan standardowy: stan standardowy ciała stałego lub cieczy to czysta substancja o ciśnieniu 1 bara lub takiej samej 1 atmosferze (105 Pa) i temperaturze 25 ° C, czyli takiej samej wartości 298 K .
ΔHº r jest standardowym ciepłem reakcji lub standardową entalpią reakcji i podobnie jak ΔH mierzy również entalpię reakcji. Jednak ΔHºrxn zachodzi w „standardowych” warunkach, co oznacza, że reakcja przebiega w 25 ° C i 1 atm.
Zaletą pomiaru ΔH w warunkach standardowych jest możliwość odniesienia jednej wartości ΔHº do innej, ponieważ występują one w tych samych warunkach.
Ciepło formowania
Standardowe ciepło powstawania, ΔH f º, substancji chemicznej to ilość ciepła pochłoniętego lub uwolnionego podczas tworzenia 1 mola tej substancji chemicznej w temperaturze 25 stopni Celsjusza i 1 bara jej pierwiastków w ich stanach standardowych.
Element jest w stanie standardowym, jeśli jest w najbardziej stabilnej postaci i stanie fizycznym (stałym, ciekłym lub gazowym) w temperaturze 25 stopni Celsjusza i 1 bar.
Na przykład, standardowe ciepło tworzenia się dwutlenku węgla obejmuje tlen i węgiel jako reagenty.
Tlen jest bardziej stabilny jako cząsteczki gazu O 2 , podczas gdy węgiel jest bardziej stabilny jak stały grafit. (Grafit jest bardziej stabilny niż diament w standardowych warunkach).
Aby wyrazić definicję w inny sposób, standardowe ciepło tworzenia jest specjalnym typem standardowego ciepła reakcji.
Reakcja polega na utworzeniu 1 mola substancji chemicznej z jej pierwiastków w ich standardowych stanach w standardowych warunkach.
Standardowe ciepło formacji jest również nazywane standardową entalpią formacji (chociaż w rzeczywistości jest to zmiana entalpii).
Z definicji powstanie samego pierwiastka 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 to przyrząd, w którym próbka jest poddawana reakcji przez kable elektryczne, które zapewniają energię aktywacji. Próbka znajduje się w pojemniku otoczonym wodą, która jest stale mieszana.
Mierząc ze zmianą temperatury, która zachodzi, gdy próbka reaguje, i znając ciepło właściwe wody i jej masę, ciepło uwolnione lub pochłonięte przez reakcję oblicza się za pomocą równania q = Cesp xmx ΔT.
W tym równaniu q to ciepło, Cesp to ciepło właściwe w tym przypadku wody, które jest równe 1 kalorii na gram, m to masa wody, a ΔT to zmiana temperatury.
Kalorymetr jest systemem izolowanym o stałym ciśnieniu, więc ΔH r = q
2- Obliczenia teoretyczne
Zmiana entalpii nie zależy od konkretnej ścieżki reakcji, ale tylko od globalnego poziomu energii produktów i reagentów. Entalpia jest funkcją stanu i jako taka jest addytywna.
Aby obliczyć standardową entalpię reakcji, możemy dodać standardowe entalpie tworzenia reagentów i odjąć je od sumy standardowych entalpii tworzenia produktów (Boundless, SF). Mówiąc matematycznie, daje nam to:
.DELTA.H r ° = Σ .DELTA.H f ° (produkty) - Σ .DELTA.H f ° (reagenty).
Entalpie reakcji są zwykle obliczane z entalpii tworzenia reagentów w normalnych warunkach (ciśnienie 1 bar i temperatura 25 stopni Celsjusza).
Aby wyjaśnić tę zasadę termodynamiki, obliczymy entalpię reakcji spalania metanu (CH 4 ) według wzoru:
CH 4 (g) + 2O 2 (g) → CO 2 (g) + 2H 2 O (g)
Aby obliczyć standardową entalpię reakcji, musimy znaleźć standardowe entalpie tworzenia dla każdego z reagentów i produktów biorących udział w reakcji.
Można je zwykle znaleźć w dodatku lub w różnych tabelach internetowych. Do tej reakcji potrzebne są następujące dane:
H f ° CH 4 (g) = -75 kJoul / mol.
H f º O 2 (g) = 0 kJoul / mol.
H f ° CO 2 (g) = -394 kjoul / mol.
H f º H 2 O (g) = -284 kjoul / mol.
Należy zauważyć, że ponieważ jest w stanie standardowym, standardowa entalpia tworzenia tlenu gazowego wynosi 0 kJ / mol.
Poniżej podsumowujemy nasze standardowe entalpie formacji. Zauważ, że ponieważ jednostki są w kJ / mol, musimy pomnożyć przez współczynniki stechiometryczne w zbilansowanym równaniu reakcji (Leaf Group Ltd, SF).
.DELTA.H Σ f ° (produkty) .DELTA.H = f º CO 2 +2 .DELTA.H f º H 2 O
Σ ΔH f º (produkty) = -1 (394 kjoul / mol) -2 (284 kjoul / mol) = -962 kjoul / mol
.DELTA.H Σ f ° (reagenty) .DELTA.H = f º CH 4 + AH f º O 2
Σ ΔH f º (reagenty) = -75 kjoul / mol + 2 (0 kjoul / mol) = -75 kjoul / mol
Teraz możemy znaleźć standardową entalpię reakcji:
ΔH r ° = Σ ΔH f º (produkty) - Σ ΔH f º (reagenty) = (- 962) - (- 75) =
ΔH r ° = - 887 kJ / mol.
Bibliografia
- Anne Marie Helmenstine. (2014, 11 czerwca). Definicja entalpii reakcji. Odzyskany z thinkco: thinkco.com.
- (SF). Standardowa entalpia reakcji. Odzyskany z boundless: boundless.com.
- Cai, E. (11 marca 2014). standardowe ciepło formowania. Odzyskane od chemicalstatistician: chemicalstatistician.wordpress.com.
- Clark, J. (2013, maj). Różne definicje zmiany entalpii. Odzyskany z chemguide.co.uk: chemguide.co.uk.
- Jonathan Nguyen, GL (9 lutego 2017). Standardowa entalpia formacji. Odzyskany z chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
- Leaf Group Ltd. (SF). Jak obliczyć entalpię reakcji. Odzyskany z sciencing: sciencing.com.
- Rachel Martin, EY (7 maja 2014). Ciepło reakcji. Odzyskany z chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.