Čo je reakčné teplo?

reakčné teplo alebo entalpia reakcie (ΔH) je zmena entalpie chemickej reakcie, ku ktorej dochádza pri konštantnom tlaku (Anne Marie Helmenstine, 2014).

Keďže entalpia je odvodená od tlaku, objemu a vnútornej energie, ktoré sú všetky stavové funkcie, entalpia je tiež funkciou stavu (Rachel Martin, 2014).

AH, alebo zmena entalpie sa objavila ako merná jednotka na výpočet zmeny energie systému, keď bolo príliš ťažké nájsť AU, alebo zmenu vnútornej energie systému, pričom sa súčasne meralo množstvo tepla a práce. zameniť.

Pri konštantnom tlaku sa zmena entalpie rovná teplu a môže sa merať ako AH = q.

Označenie ΔHº alebo ΔHº_r potom vzniká vysvetlenie presnej teploty a tlaku reakčného tepla AH.

Štandardná entalpia reakcie je symbolizovaná ΔHº alebo ΔHºrxn a môže nadobudnúť kladné aj záporné hodnoty. Jednotky pre ΔHº sú kilojouly na mol alebo kj / mol.

Predchádzajúca koncepcia na pochopenie reakčného tepla: rozdiely medzi ΔH a ΔHº_r.

Δ = predstavuje zmenu entalpie (entalpia produktov mínus entalpia reaktantov).

Kladná hodnota znamená, že výrobky majú vyššiu entalpiu, alebo že ide o endotermickú reakciu (vyžaduje sa teplo)..

Záporná hodnota znamená, že reaktanty majú vyššiu entalpiu, alebo že ide o exotermickú reakciu (vzniká teplo)..

º = znamená, že reakcia je štandardná zmena entalpie a vyskytuje sa pri vopred nastavenom tlaku / teplote.

r = znamená, že táto zmena je entalpiou reakcie.

Štandardný stav: štandardný stav pevnej látky alebo kvapaliny je čistá látka pri tlaku 1 bar alebo rovnaká atmosféra (105 Pa) a teplota 25 ° C alebo rovnaká teplota 298 K.

ΔHº_r je štandardné reakčné teplo alebo štandardná entalpia reakcie a AH tiež meria entalpiu reakcie. Avšak ΔHºrxn sa uskutočňuje za "štandardných" podmienok, čo znamená, že reakcia prebieha pri 25 ° C a 1 atm..

Výhoda merania ΔH za štandardných podmienok spočíva v schopnosti prepojiť hodnotu ΔHº s inou, pretože sa vyskytujú za rovnakých podmienok (Clark, 2013).

Tréningové teplo

Štandardné teplo tvorby, AH_Fº chemickej látky je množstvo tepla absorbovaného alebo uvoľneného z tvorby 1 mólu tejto chemikálie pri teplote 25 stupňov Celzia a 1 bar jeho prvkov v štandardných stavoch..

Prvok je vo svojom štandardnom stave, ak je vo svojej najstabilnejšej forme a fyzikálnom stave (tuhý, kvapalný alebo plynný) pri teplote 25 ° C a 1 bar (Jonathan Nguyen, 2017).

Napríklad, štandardné teplo tvorby oxidu uhličitého implikuje kyslík a uhlík ako reaktanty.

Kyslík je stabilnejší ako molekuly plynu OR₂, zatiaľ čo uhlík je stabilnejší ako tuhý grafit. (Grafit je stabilnejší ako diamant za štandardných podmienok.)

Ak chcete vyjadriť definíciu iným spôsobom, štandardné teplo tvorby je špeciálnym typom štandardnej tepelnej reakcie.

Reakciou je tvorba 1 molu chemickej látky v jej štandardných podmienkach za štandardných podmienok.

Štandardné teplo formácie sa tiež nazýva štandardná entalpia formácie (aj keď je to naozaj zmena entalpie).

Podľa definície by vytvorenie samotného prvku nespôsobilo žiadnu zmenu entalpie, takže štandardné teplo reakcie pre všetky prvky je nulové (Cai, 2014).

Výpočet reakčnej entalpie

1 - Experimentálny výpočet

Entalpia sa môže merať experimentálne pomocou kalorimetra. Kalorimeter je prístroj, v ktorom vzorka reaguje prostredníctvom elektrických káblov, ktoré poskytujú aktivačnú energiu. Vzorka je v nádobe obklopenej vodou, ktorá sa neustále pretrepáva.

Pri meraní so zmenou teploty, ktorá nastane pri reakcii vzorky, a pri znalosti špecifického tepla vody a jej hmotnosti, sa teplo, ktoré uvoľňuje alebo absorbuje reakciu, vypočíta pomocou rovnice q = Cesp x m x ΔT.

V tejto rovnici q je teplo, Cesp je špecifické teplo v tomto prípade vody, ktorá sa rovná 1 kalórie na gram, m je hmotnosť vody a ΔT je zmena teploty.

Kalorimeter je izolovaný systém, ktorý má konštantný tlak, takže ΔH_r= q

2. Teoretický výpočet

Zmena entalpie nezávisí od konkrétnej cesty reakcie, ale len od celkovej energetickej hladiny produktov a činidiel. Entalpia je funkciou štátu a ako taká je aditívna.

Na výpočet štandardnej entalpie reakcie môžeme pridať štandardné entalpie tvorby reaktantov a odčítať ju od súčtu štandardných entalpií tvorby produktov (Boundless, S.F.). Matematicky, to nám dáva:

AH_r° = ΣHH_Fº (produkty) - Σ ΔH_Fº (reaktanty).

Entalpie reakcií sa zvyčajne počítajú z entalpií tvorby činidla za normálnych podmienok (tlak 1 bar a teplota 25 stupňov Celzia)..

Na vysvetlenie tohto princípu termodynamiky budeme počítať entalpiu reakcie na spaľovanie metánu (CH₄) podľa vzorca:

CH₄ (g) +20₂ g) → CO₂ (g) + 2H₂O (g)

Na výpočet štandardnej entalpie reakcie je potrebné hľadať štandardné entalpie tvorby pre každú z reaktantov a produktov, ktoré sa podieľajú na reakcii..

Tieto sa zvyčajne nachádzajú v prílohe alebo v niekoľkých online tabuľkách. Pre túto reakciu sú potrebné údaje:

H_Fº CH₄ (g) = -75 kjoul / mol.

H_Fº O₂ (g) = 0 kjoul / mol.

H_Fº CO₂ (g) = -394 kjoul / mol.

H_Fº H₂0 (g) = -284 kjoul / mol.

Všimnite si, že pretože je v štandardnom stave, štandardná entalpia tvorby kyslíkového plynu je 0 kJ / mol.

Ďalej sumarizujeme naše štandardné entalpie tréningu. Všimnite si, že pretože jednotky sú v kJ / mol, musíme vynásobiť stechiometrickými koeficientmi vo vyváženej reakčnej rovnici (Leaf Group Ltd, S.F.).

HHH_Fº (produkty) = ΔH_Fº CO₂ +2HH_Fº H₂O

HHH_Fº (produkty) = -1 (394 kjoul / mol) -2 (284 kjoul / mol) = -962 kjoul / mol

HHH_Fº (reaktanty) = ΔH_Fº CH₄ + AH_Fº O₂

HHH_Fº (reaktanty) = -75 kjoul / mol + 2 (0 kjoul / mol) = -75 kjoul / mol

Teraz môžeme nájsť štandardnú entalpiu reakcie:

AH_r° = ΣHH_Fº (produkty) - Σ ΔH_Fº (reaktanty) = (- 962) - (- 75) =

AH_r° = - 887 kJ / mol.

referencie

1. Anne Marie Helmenstine. (2014, 11. jún). Enthalpy reakčnej definície. Zdroj: thinkco: thoughtco.com.
2. (S.F.). Štandardná entalpia reakcie. Obnovené z neobmedzené: boundless.com.
3. Cai, E. (2014, 11. marec). štandardné teplo tvorby. Získané z chemického priemyslu: chemicalstatistician.wordpress.com.
4. Clark, J. (2013, máj). Rôzne definície entalpickej zmeny. Zdroj: chemguide.co.uk: chemguide.co.uk.
5. Jonathan Nguyen, G. L. (2017, 9. február). Štandardná entalpia formácie. Zdroj: chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
6. Leaf Group Ltd. (S.F.). Ako vypočítať entalpie reakcií. Získané z sciencing: sciencing.com.
7. Rachel Martin, E. Y. (2014, 7. máj). Reakčné teplo. Zdroj: chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.