Ce este reacția căldurii?

căldura de reacție sau entalpia reacției (ΔH) este schimbarea entalpiei unei reacții chimice care are loc la o presiune constantă (Anne Marie Helmenstine, 2014).

Este o unitate termodinamică de măsurare utilă pentru calcularea cantității de energie pe mol care este eliberată sau produsă într-o reacție.

Deoarece entalpia este derivată din presiune, volum și energie internă, care sunt toate funcțiile de stat, entalpia este, de asemenea, o funcție a stării (Rachel Martin, 2014).

.DELTA.H, sau entalpia de schimbare a apărut ca o unitate de măsură pentru a calcula variația energiei unui sistem, atunci când a devenit prea dificil de a găsi .DELTA.u, sau să schimbe în energie internă a unui sistem de măsurare simultană a cantității de căldură și de muncă schimbate.

Având o presiune constantă, schimbarea entalpiei este egală cu căldura și poate fi măsurată ca ΔH = q.

Notatia ΔHº sau ΔHº_r Apoi apare explicarea temperaturii și presiunii precise a căldurii de reacție ΔH.

Entalpia standard a reacției este simbolizată de ΔHº sau ΔHºrxn și poate presupune atât valori pozitive, cât și negative. Unitățile pentru ΔHº sunt kilojouli pe mol sau kj / mol.

Conceptul anterior pentru a înțelege căldura de reacție: diferențele dintre ΔH și ΔHº_r.

Δ = reprezintă schimbarea entalpiei (entalpia produselor minus entalpia reactanților).

O valoare pozitivă indică faptul că produsele au entalpie mai mare sau că este o reacție endotermică (este necesară încălzirea).

O valoare negativă indică faptul că reactanții au entalpie mai mare sau că este o reacție exotermă (se produce căldură).

º = înseamnă că reacția este o schimbare standard a entalpiei și are loc la o presiune / temperatură prestabilită.

r = indică faptul că această modificare este entalpia reacției.

Starea standard: starea standard a unui solid sau a lichidului este substanța pură la o presiune de 1 bar sau ceea ce este aceeași cu 1 atmosferă (105 Pa) și o temperatură de 25 ° C sau cu aceeași temperatură de 298 K .

DHº_r este căldura de reacție standard sau entalpia standard a unei reacții și, ca ΔH, măsoară și entalpia unei reacții. Cu toate acestea, ΔHºrxn are loc în condiții "standard", ceea ce înseamnă că reacția are loc la 25 ° C și 1 atm.

Beneficiul unei măsurări a lui ΔH în condiții standard constă în capacitatea de a relaționa o valoare a ΔHº cu o altă valoare, deoarece acestea se produc în aceleași condiții (Clark, 2013).

Căldura de formare

Căldura standard de formare, ΔH_F, A unei substanțe chimice este cantitatea de căldură absorbită sau eliberată din formarea a 1 mol de substanță chimică la 25 de grade Celsius și 1 bar de elemente în stările sale standard.

Un element este în starea sa standard dacă este în cea mai stabilă formă și starea fizică (solidă, lichidă sau gazoasă) la 25 de grade Celsius și 1 bar (Jonathan Nguyen, 2017).

De exemplu, căldura standard de formare a dioxidului de carbon implică oxigen și carbon ca reactivi.

Oxigenul este mai stabil ca molecule de gaz OR₂, în timp ce carbonul este mai stabil ca grafitul solid. (Grafitul este mai stabil decât diamantul în condiții standard.)

Pentru a exprima definiția într-un alt mod, căldura standard de formare este un tip special de căldură standard de reacție.

Reacția este formarea a 1 mol de substanță chimică a elementelor sale în stările lor standard în condiții standard.

Căldura standard a formării este, de asemenea, numită entalpia standard a formării (deși este într-adevăr o schimbare a entalpiei).

Prin definiție, formarea unui element în sine nu ar produce nici o schimbare în entalpie, deci căldura standard de reacție pentru toate elementele este zero (Cai, 2014).

Calcularea entalpiei de reacție

1- Calculul experimental

Entalpia poate fi măsurată experimental prin utilizarea unui calorimetru. Un calorimetru este un instrument în care o probă reacționează prin cabluri electrice care asigură energia de activare. Proba se află într-un recipient înconjurat de apă care este agitată în mod constant.

Prin măsurarea unei modificări de temperatură, prin reacția probei și cunoscând căldura specifică a apei și a masei sale, căldura eliberată sau absorbită de ecuația reacției q = x m x CESP este calculată A T.

În această ecuație q este căldura, Cesp este căldura specifică în acest caz de apă care este egală cu 1 calorie per gram, m este masa de apă și ΔT este schimbarea temperaturii.

Calorimetrul este un sistem izolat care are o presiune constantă, deci ΔH_r= q

2 - Calcul teoretic

Modificarea entalpiei nu depinde de calea particulară a unei reacții, ci numai de nivelul energetic general al produselor și reactivilor. Entalpia este o funcție a statului și, ca atare, este aditivă.

Pentru a calcula entalpia standard a unei reacții, putem adăuga entalpii standard de formare a reactanților și putem scădea din suma entalpiilor standard de formare a produselor (Boundless, S.F.). A spus matematic, acest lucru ne oferă:

.DELTA.H_r° = Σ ΔH_Fº (produse) - Σ ΔH_Fº (reactanți).

Enthalpiile reacțiilor sunt de obicei calculate din entalpii de formare a reactivilor în condiții normale (presiune de 1 bar și temperatură de 25 grade Celsius).

Pentru a explica acest principiu al termodinamicii, vom calcula entalpia reacției de combustie a metanului (CH₄) conform formulei:

CH₄ (g) + 20₂ (g) → CO₂ (g) + 2H₂O (g)

Pentru a calcula entalpia standard de reacție, trebuie să căutăm entalpii standard de formare pentru fiecare dintre reactanții și produsele implicate în reacție.

Acestea sunt de obicei găsite într-o anexă sau în mai multe tabele online. Pentru această reacție, datele de care avem nevoie sunt:

H_F° CH₄ (g) = -75 kjoul / mol.

H_Fº O₂ (g) = 0 kjoul / mol.

H_F° CO₂ (g) = -394 kjoul / mol.

H_Fº H₂O (g) = -284 kjoul / mol.

Rețineți că, deoarece este în starea standard, entalpia standard a formării gazului de oxigen este de 0 kJ / mol.

Apoi, rezumăm entalpiile noastre standard de formare. Rețineți că, deoarece unitățile sunt în kJ / mol, trebuie să înmulțim cu coeficienții stoichiometrici în ecuația echilibrată a reacției (Leaf Group Ltd, S.F.).

Σ ΔH_Fº (produse) = ΔH_F° CO₂ +2 ΔH_Fº H₂O

Σ ΔH_Fº (produse) = -1 (394 kjoul / mol) -2 (284 kjoul / mol) = -962 kjoul / mol

Σ ΔH_Fº (reactanți) = ΔH_F° CH₄ + ΔH_Fº O₂

Σ ΔH_F(Reactivi) = -75 kjoul / mol + 2 (0 kjoul / mol) = -75 kjoul / mol

Acum, putem găsi entalpia standard a reacției:

.DELTA.H_r° = Σ ΔH_Fº (produse) - Σ ΔH_Fº (reactanți) = (- 962) - (- 75) =

.DELTA.H_r° = - 887 kJ / mol.

referințe

1. Anne Marie Helmenstine. (2014, 11 iunie). Entalpia de definire a reacției. Adus de thoughtco: thoughtco.com.
2. (S.F.). Entalpia standard de reacție. Recuperat de la limitless: boundless.com.
3. Cai, E. (2014, 11 martie). căldură standard de formare. Recuperat de la chemicalstatistician: chemicalstatistician.wordpress.com.
4. Clark, J. (2013, mai). Sunt diferite definiții de schimbare a entalpiei. Adus de la chemguide.co.uk: chemguide.co.uk
5. Jonathan Nguyen, G. L. (2017, 9 februarie). Entalpia standard de formare. Adus de la chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
6. Leaf Group Ltd. (S.F.). Cum se calculează entalpii de reacție. Recuperat de la sciencing: sciencing.com.
7. Rachel Martin, E. Y. (2014, 7 mai). Căldură de reacție. Adus de la chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.