Kas yra reakcijos šiluma?



The reakcijos šiluma arba reakcijos entalpija (ΔH) - cheminės reakcijos entalpijos, kuri vyksta esant pastoviam slėgiui, pokytis (Anne Marie Helmenstine, 2014).

Kadangi entalpija kyla iš slėgio, tūrio ir vidinės energijos, kurios yra visos valstybės funkcijos, entalpija taip pat yra valstybės funkcija (Rachel Martin, 2014).

ΔH arba entalpijos pokyčiai atsirado kaip matavimo vienetas sistemos energijos keitimo skaičiavimui, kai tapo per sunku rasti ΔU arba sistemos vidinės energijos pokyčius, tuo pačiu metu matuojant šilumos ir darbo kiekį. keičiamasi.

Esant pastoviam slėgiui, entalpijos pokytis yra lygus šilumai ir gali būti matuojamas kaip ΔH = q.

Pastaba ΔHº arba ΔHºr tada paaiškėja tiksli reakcijos šilumos temperatūra ir slėgis ΔH.

Standartinė reakcijos entalpija simbolizuojama ΔHº arba ΔHºrxn ir gali prisiimti ir teigiamas, ir neigiamas vertes. ΔHº vienetai yra kilodžauliai vienam moliui arba kj / mol.

Ankstesnė koncepcija, skirta suprasti reakcijos šilumą: skirtumai tarp ΔH ir ΔHºr.

Δ = reiškia entalpijos pokyčius (produktų entalpija, atėmus reagentų entalpiją).

Teigiama vertė rodo, kad produktai turi didesnę entalpiją arba yra endoterminė reakcija (reikalinga šiluma)..

Neigiama vertė rodo, kad reagentai turi didesnę entalpiją arba yra egzoterminė reakcija (šiluma gaminama)..

º = reiškia, kad reakcija yra standartinė entalpijos kaita ir pasireiškia esant iš anksto nustatytam slėgiui / temperatūrai.

r = reiškia, kad šis pokytis yra reakcijos entalpija.

Standartinė būsena: standartinė kietos arba skystos medžiagos būsena yra gryna medžiaga, esant 1 bar slėgiui arba tai, kas yra ta pati 1 atmosfera (105 Pa) ir 25 ° C temperatūra, arba tai, kas yra ta pati 298 K.

ΔHºr yra standartinė reakcijos šiluma arba standartinė reakcijos entalpija, ir kadangi AH taip pat matuoja reakcijos entalpiją. Tačiau ΔHºrxn vyksta „standartinėmis“ sąlygomis, o tai reiškia, kad reakcija vyksta 25 ° C ir 1 atm..

ΔH matavimo standartinėse sąlygose privalumas yra gebėjimas susieti ΔHº vertę su kita, nes jie atsiranda tomis pačiomis sąlygomis (Clark, 2013).

Mokymo šiluma

Standartinė formavimo šiluma, ΔHfº, iš cheminės medžiagos - tai šilumos, sugeriamos arba išsiskyrusios iš 1 molio šios cheminės medžiagos susidarymo 25 laipsnių Celsijaus ir 1 baro jo elementų, kiekio standartinėse būsenose..

Elementas yra standartinėje būsenoje, jei ji yra stabiliausia ir jos fizinė būsena (kieta, skysta ar dujinė) 25 laipsnių Celsijaus ir 1 baro (Jonathan Nguyen, 2017).

Pavyzdžiui, standartinė anglies dioksido susidarymo šiluma reiškia deguonį ir anglis kaip reagentus.

Deguonis yra stabilesnis kaip dujų molekulės ARBA2, o anglis yra stabilesnė kaip kietas grafitas. (Standartinėmis sąlygomis grafitas yra stabilesnis nei deimantas.)

Norint išreikšti apibrėžimą kitaip, standartinė formavimo šiluma yra specialus standartinės šilumos reakcijos tipas.

Reakcija yra 1 molio jo elementų cheminės medžiagos susidarymas standartinėse sąlygose standartinėmis sąlygomis.

Standartinė formavimosi šiluma taip pat vadinama standartine formavimo entalpija (nors tai tikrai yra entalpijos pokytis).

Pagal apibrėžimą, paties elemento susidarymas nesukels jokių entalpijos pokyčių, todėl standartinis visų elementų reakcijos karštis yra nulis (Cai, 2014).

Reakcijos entalpijos apskaičiavimas

1 - Eksperimentiniai skaičiavimai

Entalpija gali būti išmatuojama eksperimentiškai naudojant kalorimetrą. Kalorimetras yra prietaisas, kuriame mėginys reaguoja per elektros kabelius, kurie suteikia aktyvinimo energiją. Mėginys yra talpykloje, apsuptoje vandeniu, kuris nuolat kratomas.

Matuojant temperatūros pokyčiu, kuris vyksta reaguojant į mėginį, ir žinant specifinę vandens šilumą ir jos masę, šiluma, kuri išskiria arba sugeria reakciją, apskaičiuojama pagal lygtį q = Cesp x m x ΔT.

Šioje lygtyje q yra šiluma, Cesp - tai konkretaus vandens šiluma, lygi 1 kalorijai vienam gramui, m yra vandens masė ir ΔT yra temperatūros pokytis.

Kalorimetras yra izoliuota sistema, kurioje yra pastovus slėgis, todėl ΔHr= q

2- Teoriniai skaičiavimai

Entalpijos pokyčiai nepriklauso nuo konkretaus reakcijos kelio, bet tik nuo bendro produktų ir reagentų energijos lygio. Entopija yra valstybės funkcija, todėl ji yra priedas.

Norint apskaičiuoti standartinę reakcijos entalpiją, mes galime pridėti standartinių reagentų susidarymo entalpijų ir atimti iš standartinių produktų formavimo entalpijų sumos (Boundless, S.F.). Matematiniu požiūriu tai suteikia mums:

ΔHr° = Σ ΔHfº (produktai) - Σ ΔHfº (reagentai).

Reakcijų entalpijos paprastai apskaičiuojamos pagal reagento susidarymo entalpijas normaliomis sąlygomis (1 baro ir 25 ° C temperatūros slėgis).

Norėdami paaiškinti šį termodinamikos principą, mes apskaičiuosime metano degimo reakcijos entalpiją (CH4) pagal formulę:

CH4 (g) + 2O2 g) → CO2 (g) + 2H2O (g)

Norint apskaičiuoti standartinę reakcijos entalpiją, reikia ieškoti standartinių formavimo entalpijų kiekvienam reagentui ir produktui, susijusiam su reakcija.

Paprastai jie pateikiami priede arba keliose interneto lentelėse. Dėl šios reakcijos mums reikia:

HfCH4 (g) = -75 kjoul / mol.

Hfº O2 (g) = 0 kjoul / mol.

HfCO2 (g) = -394 kjoul / mol.

Hfº H2O (g) = -284 kjoul / mol.

Atkreipkite dėmesį, kad standartinė deguonies dujų susidarymo entalpija yra 0 kJ / mol.

Toliau apibendriname savo standartines mokymo entalpijas. Atkreipkite dėmesį, kad kadangi vienetai yra kJ / mol, mes turime dauginti iš stechiometrinių koeficientų subalansuotos reakcijos lygtyje (Leaf Group Ltd, S.F.).

Σ ΔHfº (produktai) = ΔHfCO2 +2 ΔHfº H2O

Σ ΔHfº (produktai) = -1 (394 kjoul / mol) -2 (284 kjoul / mol) = -962 kjoul / mol

Σ ΔHfº (reagentai) = ΔHfCH4 + ΔHfº O2

Σ ΔHfº (reagentai) = -75 kjoul / mol + 2 (0 kjoul / mol) = -75 kjoul / mol

Dabar mes galime rasti standartinę reakcijos entalpiją:

ΔHr° = Σ ΔHfº (produktai) - Σ ΔHfº (reagentai) = (- 962) - (- 75) =

ΔHr° = - 887 kJ / mol.

Nuorodos

  1. Anne Marie Helmenstine. (2014 m. Birželio 11 d.). Reakcijos apibrėžimo entalpija. Gauta iš thinkco: thinkco.com.
  2. (S.F.). Standartinė reakcijos entalpija. Atkurta iš begalybės: boundless.com.
  3. Cai, E. (2014 m. Kovo 11 d.). standartinė formavimo šiluma. Atgautas iš cheminės statistikos: chemijos statistikos.wordpress.com.
  4. Clark, J. (2013, gegužės mėn.). Įvairios entalpijos pakeitimų apibrėžtys. Gauta iš chemguide.co.uk: chemguide.co.uk.
  5. Jonathan Nguyen, G. L. (2017 m. Vasario 9 d.). Standartinė formavimo entalpija. Gauta iš chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
  6. „Leaf Group Ltd.“ (S.F.). Kaip apskaičiuoti reakcijos entalpijas. Susigrąžinta iš mokslų: sciencing.com.
  7. Rachel Martin, E. Y. (2014 m. Gegužės 7 d.). Reakcijos šiluma. Gauta iš chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.