Τι είναι η θερμότητα αντίδρασης;

Το θερμότητα αντίδρασης ή ενθαλπία αντίδρασης (ΔΗ) είναι η αλλαγή στην ενθαλπία μιας χημικής αντίδρασης που συμβαίνει σε μια σταθερή πίεση (Anne Marie Helmenstine, 2014).

Δεδομένου ότι η ενθαλπία προέρχεται από την πίεση, τον όγκο και την εσωτερική ενέργεια, που είναι όλες οι κρατικές λειτουργίες, η ενθαλπία είναι επίσης συνάρτηση της κατάστασης (Rachel Martin, 2014).

ΔH ή η αλλαγή της ενθαλπίας εμφανίστηκε ως μονάδα μέτρησης για τον υπολογισμό της ενεργειακής αλλαγής ενός συστήματος όταν έγινε πολύ δύσκολο να βρεθεί η ΔU ή η αλλαγή στην εσωτερική ενέργεια ενός συστήματος, μετρώντας ταυτόχρονα την ποσότητα θερμότητας και εργασίας εναλλάσσονται.

Λαμβάνοντας μια σταθερή πίεση, η αλλαγή της ενθαλπίας είναι ίση με τη θερμότητα και μπορεί να μετρηθεί ως ΔH = q.

Η σημείωση ΔHº ή ΔHº_r τότε προκύπτει η εξήγηση της ακριβούς θερμοκρασίας και της πίεσης της θερμότητας της αντίδρασης ΔΗ.

Η τυπική ενθαλπία της αντίδρασης συμβολίζεται με ΔHº ή ΔHºrxn και μπορεί να υποθέσει θετικές και αρνητικές τιμές. Οι μονάδες για ΔHº είναι kilojoules ανά mole ή kj / mol.

Προηγούμενη έννοια για την κατανόηση της θερμότητας αντίδρασης: διαφορές μεταξύ ΔH και ΔHº_r.

Δ = αντιπροσωπεύει την αλλαγή στην ενθαλπία (ενθαλπία των προϊόντων μείον την ενθαλπία των αντιδραστηρίων).

Μια θετική τιμή υποδεικνύει ότι τα προϊόντα έχουν υψηλότερη ενθαλπία ή ότι είναι μια ενδοθερμική αντίδραση (απαιτείται θερμότητα).

Μια αρνητική τιμή υποδεικνύει ότι τα αντιδραστήρια έχουν υψηλότερη ενθαλπία ή ότι είναι μια εξωθερμική αντίδραση (παράγεται θερμότητα).

º = σημαίνει ότι η αντίδραση είναι μια τυπική αλλαγή ενθαλπίας και συμβαίνει σε μια προκαθορισμένη πίεση / θερμοκρασία.

r = δηλώνει ότι αυτή η αλλαγή είναι η ενθαλπία της αντίδρασης.

Η τυπική κατάσταση: η τυπική κατάσταση ενός στερεού ή υγρού είναι η καθαρή ουσία υπό πίεση 1 bar ή ό, τι είναι η ίδια 1 ατμόσφαιρα (105 Pa) και θερμοκρασία 25 ° C ή ό, τι είναι το ίδιο 298 K.

Το ΔHº_r είναι η τυπική θερμότητα αντίδρασης ή πρότυπη ενθαλπία μιας αντίδρασης, και ως ΔH μετρά επίσης την ενθαλπία μιας αντίδρασης. Ωστόσο, το ΔHºrxn λαμβάνει χώρα υπό «τυπικές» συνθήκες, πράγμα που σημαίνει ότι η αντίδραση λαμβάνει χώρα στους 25ºC και 1 atm.

Το όφελος από τη μέτρηση του ΔH υπό τυποποιημένες συνθήκες έγκειται στην ικανότητα να συσχετίζει μια τιμή ΔHº με μια άλλη, δεδομένου ότι συμβαίνει στις ίδιες συνθήκες (Clark, 2013).

Εκπαίδευση θερμότητας

Η τυπική θερμότητα σχηματισμού, ΔH_στº, μιας χημικής ουσίας είναι η ποσότητα θερμότητας που απορροφάται ή απελευθερώνεται από το σχηματισμό 1 mole αυτής της χημικής ουσίας στους 25 βαθμούς Κελσίου και 1 bar των στοιχείων της στις κανονικές της καταστάσεις.

Ένα στοιχείο είναι στην τυπική κατάσταση, εάν είναι στην πλέον σταθερή μορφή του και τη φυσική κατάσταση (στερεό, υγρό ή αέριο) στους 25 ° C και 1 bar (Jonathan Nguyen, 2017).

Για παράδειγμα, η τυπική θερμότητα σχηματισμού διοξειδίου του άνθρακα συνεπάγεται οξυγόνο και άνθρακα ως αντιδραστήρια.

Το οξυγόνο είναι πιο σταθερό ως μόρια αερίου Ή₂, ενώ ο άνθρακας είναι πιο σταθερός ως στερεός γραφίτης. (Ο γραφίτης είναι πιο σταθερός από το διαμάντι υπό κανονικές συνθήκες.)

Για να εκφραστεί ο ορισμός με άλλο τρόπο, η τυπική θερμότητα σχηματισμού είναι ένας ειδικός τύπος τυπικής αντίδρασης θερμότητας.

Η αντίδραση είναι ο σχηματισμός 1 mole από ένα χημικό των στοιχείων του στις κανονικές τους καταστάσεις υπό κανονικές συνθήκες.

Η τυπική θερμότητα του σχηματισμού ονομάζεται επίσης πρότυπη ενθαλπία του σχηματισμού (αν και είναι πραγματικά μια αλλαγή στην ενθαλπία).

Εξ ορισμού, ο σχηματισμός ενός ίδιου του στοιχείου δεν θα προκαλούσε καμία αλλαγή στην ενθαλπία, οπότε η τυπική θερμότητα αντίδρασης για όλα τα στοιχεία είναι μηδέν (Cai, 2014).

Υπολογισμός της ενθαλπίας αντίδρασης

1- Πειραματικός υπολογισμός

Η ενθαλπία μπορεί να μετρηθεί πειραματικά με τη χρήση θερμιδομέτρου. Ένα θερμιδόμετρο είναι ένα όργανο στο οποίο ένα δείγμα αντιδρά μέσω ηλεκτρικών καλωδίων που παρέχουν την ενέργεια ενεργοποίησης. Το δείγμα βρίσκεται σε δοχείο που περιβάλλεται από νερό το οποίο αναταράσσεται συνεχώς.

Όταν μετράται με την αλλαγή θερμοκρασίας που λαμβάνει χώρα κατά την αντίδραση του δείγματος και γνωρίζοντας την ειδική θερμότητα του νερού και τη μάζα του, η θερμότητα που απελευθερώνει ή απορροφά την αντίδραση υπολογίζεται με την εξίσωση q = Cesp x m x ΔT.

Σε αυτό το acuación q είναι θερμότητα CESP είναι η ειδική θερμότητα σε αυτήν την περίπτωση το νερό είναι 1 θερμίδα ανά γραμμάριο, m είναι η μάζα του νερού και το Τ είναι η αλλαγή της θερμοκρασίας.

Το θερμιδόμετρο είναι ένα απομονωμένο σύστημα που έχει σταθερή πίεση, έτσι ΔH_r= q

2- Θεωρητικός υπολογισμός

Η αλλαγή της ενθαλπίας δεν εξαρτάται από τη συγκεκριμένη πορεία μιας αντίδρασης, αλλά μόνο από τη συνολική ενεργειακή στάθμη των προϊόντων και των αντιδραστηρίων. Η ενθαλπία είναι συνάρτηση της κατάστασης και ως εκ τούτου είναι προσθετική.

Για τον υπολογισμό της κατ 'αποκοπή ενθαλπία της αντιδράσεως, μπορούμε να προσθέσουμε τις πρότυπες ενθαλπίες σχηματισμού των αντιδρώντων και αφαιρώντας το άθροισμα των τυπικών ενθαλπίες σχηματισμού των προϊόντων (Απέραντο, S.F.). Είπε μαθηματικά, αυτό μας δίνει:

ΔH_r° = Σ ΔΗ_στº (προϊόντα) - Σ ΔΗ_στº (αντιδραστήρια).

Οι ενθαλπίες των αντιδράσεων υπολογίζονται συνήθως από ενθαλπίες σχηματισμού αντιδραστηρίου υπό κανονικές συνθήκες (πίεση 1 bar και θερμοκρασία 25 ° C).

Για να εξηγήσουμε αυτή την αρχή της θερμοδυναμικής, θα υπολογίσουμε την ενθαλπία της αντίδρασης για την καύση μεθανίου (CH₄) σύμφωνα με τον τύπο:

CH₄ (g) + 20₂ (g) → CO₂ (g) + 2Η₂O (g)

Για τον υπολογισμό της τυπικής ενθαλπίας της αντίδρασης, πρέπει να αναζητήσουμε τις τυπικές ενθαλπίες σχηματισμού για καθένα από τα αντιδραστήρια και τα προϊόντα που εμπλέκονται στην αντίδραση.

Αυτά συνήθως βρίσκονται σε ένα παράρτημα ή σε διάφορα ηλεκτρονικά τραπέζια. Για αυτήν την αντίδραση, τα δεδομένα που χρειαζόμαστε είναι:

H_στCH₄ (g) = -75 kjoul / mol.

H_στº O₂ (g) = 0 kjoul / mol.

H_στCO₂ (g) = -394 kjoul / mol.

H_στº Η₂O (g) = -284 kjoul / mol.

Σημειώστε ότι επειδή είναι στην κανονική της κατάσταση, η τυπική ενθαλπία του σχηματισμού για το αέριο οξυγόνο είναι 0 kJ / mol.

Παρακάτω σας παρουσιάζουμε συνοπτικά πρότυπο ενθαλπίες μας σχηματισμού. Σημειώστε ότι επειδή οι μονάδες είναι σε kJ / mol, πρέπει να πολλαπλασιάστε με τις στοιχειομετρικές συντελεστές στην εξίσωση εξισορροπείται αντίδρασης (Leaf Group Ltd, S.F.).

Σ ΔΗ_στº (προϊόντα) = ΔH_στCO₂ +2 ΔΗ_στº Η₂Ο

Σ ΔΗ_στº (προϊόντα) = -1 (394 kjoul / mol) -2 (284 kjoul / mol) = -962 kjoul / mol

Σ ΔΗ_στº (αντιδραστήρια) = ΔΗ_στCH₄ + ΔH_στº O₂

Σ ΔΗ_στº (αντιδραστήρια) = -75 kjoul / mol + 2 (0 kjoul / mol) = -75 kjoul / mol

Τώρα, μπορούμε να βρούμε την τυπική ενθαλπία της αντίδρασης:

ΔH_r° = Σ ΔΗ_στº (προϊόντα) - Σ ΔΗ_στº (αντιδραστήρια) = (- 962) - (- 75) =

ΔH_r° = - 887kJ / mol.

Αναφορές

1. Η Άννα Μαρίμεντσεν. (2014, 11 Ιουνίου). Ενθαλπία του ορισμού αντίδρασης. Ανακτήθηκε από thoughtco: thoughtco.com.
2. (S.F.). Τυπική ενθαλπία αντίδρασης. Ανάκτηση από απεριόριστες: boundless.com.
3. Cai, Ε. (2014, 11 Μαρτίου). τυπική θερμότητα σχηματισμού. Ανάκτηση από χημειοστατιστή: chemicalstatistician.wordpress.com.
4. Clark, J. (2013, Μάιος). Διάφοροι ορισμοί αλλαγής ενθαλπίας. Ανακτήθηκε από chemguide.co.uk: chemguide.co.uk.
5. Jonathan Nguyen, G. L. (2017, 9 Φεβρουαρίου). Τυπική ενθαλπία του σχηματισμού. Ανακτήθηκε από chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
6. Leaf Group Ltd. (S.F.). Πώς να υπολογίσετε τις εντάσεις αντίδρασης. Ανάκτηση από sciencing: sciencing.com.
7. Rachel Martin, Ε. Y. (2014, 7 Μαΐου). Θερμότητα αντίδρασης. Ανακτήθηκε από chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.