Що таке реакційна теплота?

The теплоти реакції або ентальпія реакції (ΔH) - зміна ентальпії хімічної реакції, що відбувається при постійному тиску (Anne Marie Helmenstine, 2014).

Оскільки ентальпія походить від тиску, обсягу та внутрішньої енергії, які є всіма функціями стану, ентальпія також є функцією стану (Rachel Martin, 2014).

ΔH, або зміна ентальпії виникли як одиниця вимірювання для розрахунку зміни енергії системи, коли стало занадто важко знайти ΔU, або зміну внутрішньої енергії системи, одночасно вимірюючи кількість тепла і роботу \ t обмінялися.

З урахуванням постійного тиску зміна ентальпії дорівнює теплоті і може бути виміряна як ΔH = q.

Позначення ΔHº або ΔHº_r Потім виникає пояснення точної температури і тиску тепла реакції ΔH.

Стандартна ентальпія реакції символізується ΔHº або ΔHºrxn і може приймати як позитивні, так і негативні значення. Одиницями для ΔHº є кілоджаули на моль або kj / mol.

Попередня концепція для розуміння тепла реакції: відмінності між ΔH і ΔHº_r.

Δ = представляє зміну ентальпії (ентальпія продуктів мінус ентальпії реагентів).

Позитивне значення вказує на те, що продукти мають більш високу ентальпію, або що вона є ендотермічною реакцією (необхідне тепло)..

Негативне значення вказує на те, що реагенти мають більш високу ентальпію або що це екзотермічна реакція (виробляється тепло)..

º = означає, що реакція є стандартною зміною ентальпії і відбувається при попередньо встановленому тиску / температурі.

r = означає, що ця зміна є ентальпією реакції.

Стандартний стан: стандартний стан твердої або рідкої речовини є чистим речовиною при тиску 1 бар або ж тій самій 1 атмосфері (105 Па) і температурі 25 ° C, або що таке ж 298 K.

ΔHº_r - стандартна теплота реакції або стандартна ентальпія реакції, а також ΔH також вимірює ентальпію реакції. Однак, ΔHºrxn відбувається в "стандартних" умовах, що означає, що реакція відбувається при 25ºC і 1 атм.

Перевага вимірювання ΔH в стандартних умовах полягає в здатності зв'язувати значення ΔHº з іншою, оскільки вони відбуваються в тих же умовах (Clark, 2013).

Підготовка тепла

Стандартна теплота освіти, ΔH_fº, хімічної речовини - кількість тепла, що поглинається або вивільняється при утворенні 1 моль цього хімічного речовини при 25 градусах Цельсія і 1 бар його елементів у його стандартних станах.

Елемент перебуває у своєму стандартному стані, якщо він перебуває у найстабільнішій формі і його фізичний стан (твердий, рідкий або газ) при 25 градусах Цельсія і 1 бар (Jonathan Nguyen, 2017).

Наприклад, стандартна теплота утворення діоксиду вуглецю передбачає кисень і вуглець як реагенти.

Кисень є більш стабільним як молекули газу АБО₂, тоді як вуглець є більш стабільним у вигляді твердого графіту. (Графіт більш стабільний, ніж алмаз в стандартних умовах.)

Щоб виразити визначення іншим способом, стандартна теплота формування є особливим типом стандартної теплової реакції.

Реакція полягає в утворенні 1 моль хіміка його елементів в їх стандартних станах у стандартних умовах.

Стандартну теплоту освіти називають також стандартною ентальпією пласта (хоча це дійсно є зміною ентальпії).

За визначенням, утворення самого елемента не призводить до зміни ентальпії, тому стандартна теплота реакції для всіх елементів дорівнює нулю (Cai, 2014).

Розрахунок ентальпії реакції

1- Експериментальний розрахунок

Ентальпія може бути виміряна експериментально за допомогою калориметра. Калориметр - це прилад, де зразок реагує через електричні кабелі, які забезпечують енергію активації. Зразок знаходиться в контейнері, оточеному водою, яка постійно струшується.

При вимірюванні зі зміною температури, що відбувається при реагуванні зразка, і знаючи питому теплоту води та її маси, тепло, яке вивільняє або поглинає реакцію, обчислюється за допомогою рівняння q = Cesp x m x ΔT.

У цьому рівнянні q - тепло, Cesp - питома теплота в цьому випадку води, що дорівнює 1 калорійності на грам, m - маса води і ΔT - зміна температури.

Калориметр являє собою ізольовану систему, що має постійний тиск, тобто ΔH_r= q

2 - Теоретичний розрахунок

Зміна ентальпії не залежить від конкретного шляху реакції, а лише від загального енергетичного рівня продуктів і реагентів. Ентальпія є функцією стану, і як така, є адитивною.

Для розрахунку стандартної ентальпії реакції можна додати стандартні ентальпії утворення реагентів і відняти її від суми стандартних ентальпій утворення продуктів (Boundless, S.F.). Математично сказано, це дає нам:

ΔH_r° = ΣH_fº (продукти) - Σ ΔH_fº (реактиви).

Ентальпії реакцій зазвичай розраховують з ентальпій формування реагенту в нормальних умовах (тиск 1 бар і температура 25 градусів Цельсія)..

Щоб пояснити цей принцип термодинаміки, розрахуємо ентальпію реакції спалювання метану (СН).₄) за формулою:

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

Щоб розрахувати стандартну ентальпію реакції, потрібно шукати стандартні ентальпії освіти для кожного з реагентів і продуктів, що беруть участь у реакції.

Зазвичай вони знаходяться в додатку або в декількох онлайнових таблицях. Для цієї реакції потрібні дані:

H_fCH₄ (g) = -75 кДж / моль.

H_fº O₂ (g) = 0 кДжуль / моль.

H_fCO₂ (г) = -394 кДж / моль.

H_fº H₂O (g) = -284 кДж / моль.

Зауважимо, що, оскільки він знаходиться у своєму стандартному стані, стандартна ентальпія освіти для газоподібного кисню становить 0 кДж / моль.

Далі ми підсумовуємо наші стандартні ентальпії навчання. Зауважимо, що, оскільки одиниці знаходяться в кДж / моль, нам потрібно помножити на стехіометричні коефіцієнти в рівнянні збалансованої реакції (Leaf Group Ltd, S.F.).

Σ ΔH_fº (продукти) = ΔH_fCO₂ +2 ΔH_fº H₂O

Σ ΔH_fº (продукти) = -1 (394 kjoul / mol) -2 (284 kjoul / mol) = -962 кДж / моль

Σ ΔH_fº (реактиви) = ΔH_fCH₄ + ΔH_fº O₂

Σ ΔH_fº (реактиви) = -75 kjoul / mol + 2 (0 kjoul / mol) = -75 кДж / моль

Тепер можна знайти стандартну ентальпію реакції:

ΔH_r° = ΣH_fº (продукти) - Σ ΔH_fº (реактиви) = (- 962) - (- 75) =

ΔH_r° = - 887 кДж / моль.

Список літератури

1. Anne Marie Helmenstine. (2014, 11 червня). Ентальпія визначення реакції. Отримано з thoughtco: thoughtco.com.
2. (S.F.). Стандартна Ентальпія Реакції. Відновлюється від безмежних: boundless.com.
3. Cai, E. (2014, 11 березня). стандартна теплота формування. Відібраний від хімічноїстатистики: chemicalstatistician.wordpress.com.
4. Clark, J. (2013, травень). Різні визначення змін ентальпії. Отримано з chemguide.co.uk: chemguide.co.uk.
5. Джонатан Нгуєн, Г. Л. (2017, 9 лютого). Стандартна Ентальпія формування. Отримано з chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
6. Leaf Group Ltd. (S.F.). Як розрахувати ентальпії реакції. Відновлюється від науки: sciencing.com.
7. Рейчел Мартін, Е. Ю. (2014, 7 травня). Тепло реакції. Отримано з chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.