Vad är reaktionsvärme?
Reaktions- eller entalitetsreaktionen (ΔH) är förändringen i entalpin av en kemisk reaktion som sker vid konstant tryck (Anne Marie Helmenstine, 2014).
Eftersom entalpy härstammar från tryck, volym och intern energi, som är alla statliga funktioner, är entalpy också en funktion av staten (Rachel Martin, 2014).
ΔH eller entalpiförändringen uppstod som en måttenhet för att beräkna energiförändringen hos ett system när det blev för svårt att hitta ΔU, eller förändra det inre energin i ett system samtidigt som mängden värme och arbete mäts utbytas.
Med ett konstant tryck är entalpiförändringen lika med värmen och kan mätas som ΔH = q.
Anmärkningen ΔHº eller ΔHº r uppstår då för att förklara exakt temperatur och tryck för reaktionshettans värme.
Standard-entalpin för reaktion symboliseras av ΔHº eller ΔHºrxn och kan anta både positiva och negativa värden. Enheterna för ΔHº är kilojoules per mol, eller kj / mol.
Tidigare koncept för att förstå reaktionsvärmen: skillnader mellan ΔH och ΔHº r .
Δ = representerar förändringen i entalpy (entalpy av produkterna minus enthalpy av reaktanterna).
Ett positivt värde indikerar att produkterna har högre entalpi, eller att det är en endoterm reaktion (värme krävs).
Ett negativt värde indikerar att reaktanterna har högre entalpi, eller att det är en exoterm reaktion (värme produceras).
º = betyder att reaktionen är en standard entalpiförändring och uppträder vid ett förinställt tryck / temperatur.
r = betecknar att denna förändring är reaktionens entalpi.
Standardstaten: Standardformen för en fast substans eller en vätska är den rena substansen vid ett tryck på 1 bar eller vad är samma 1 atmosfär (105 Pa) och en temperatur på 25 ° C, eller vad är detsamma 298 K .
ΔHºr är standard reaktionsvärme eller standard entalpy av en reaktion, och som ΔH mäter också entaliteten hos en reaktion. Men ΔHºrxn sker under "standard" förhållanden, vilket innebär att reaktionen äger rum vid 25 ° C och 1 atm.
Fördelen med en mätning av ΔH under standardbetingelser ligger i förmågan att relatera ett värde av ΔHº med en annan, eftersom de förekommer under samma förhållanden (Clark, 2013).
Utbildning värme
Den vanliga värmen av bildning, ΔH f º, av en kemikalie är mängden värme absorberad eller frigjord från bildningen av 1 mol av den kemiska vid 25 grader Celsius och 1 bar av dess element i dess standardtillstånd.
Ett element är i sitt standardläge om det är i sin mest stabila form och dess fysiska tillstånd (fast, flytande eller gas) vid 25 grader Celsius och 1 bar (Jonathan Nguyen, 2017).
Exempelvis innebär standardvärmen av bildning för koldioxid syre och kol som reagens.
Syre är stabila som O2-gasmolekyler, medan kolet är stabilare som fast grafit. (Grafit är stabilare än diamant under normala förhållanden.)
För att uttrycka definitionen på ett annat sätt är standardvärmen av bildning en speciell typ av standardvärme av reaktion.
Reaktionen är bildningen av 1 mol av en kemikalie av dess element i deras standardtillstånd under standardbetingelser.
Den vanliga värmen av bildningen kallas också standard entalpy av bildningen (även om det verkligen är en förändring i entalpin).
Enligt definition skulle bildandet av ett element i sig inte ge någon förändring i entalpi, så den normala reaktionsvärmen för alla element är noll (Cai, 2014).
Beräkning av reaktionsenthalpy
1- Experimentell beräkning
Entalpin kan mätas experimentellt med hjälp av en kalorimeter. En kalorimeter är ett instrument där ett prov reageras genom elektriska kablar som ger aktiveringsenergin. Provet är i en behållare omgiven av vatten som ständigt rörs.
När man mäter med en temperaturförändring som uppstår vid reaktion av provet och känner till vattnets specifika värme och dess massa beräknas värmen som frigör eller absorberar reaktionen med ekvationen q = Cesp xmx AT.
I denna ekvation är q värme, Cesp är den specifika värmen i det här fallet av vatten som är lika med 1 kalori per gram, m är massan av vatten och ΔT är temperaturförändringen.
Kalorimetern är ett isolerat system som har ett konstant tryck, så ΔH r = q
2- Teoretisk beräkning
Entalpiförändringen beror inte på den specifika vägen för en reaktion, utan endast på den totala energinivån för produkterna och reagenserna. Entalalp är en funktion av staten, och som sådan är tillsats.
För att beräkna standard entalpy av en reaktion kan vi lägga till standard entalpierna av bildning av reaktanterna och subtrahera den från summan av standard entalpierna vid bildning av produkterna (Boundless, SF). Matematiskt sagt ger detta oss:
ΔH r ° = ΣΔH f º (produkter) - ΣΔH f º (reaktanter).
Enthalpierna av reaktioner beräknas vanligtvis från entalpier av reagensbildning under normala förhållanden (tryck på 1 bar och temperatur 25 grader Celsius).
För att förklara denna princip av termodynamik kommer vi att beräkna reaktionens entalpi för förbränning av metan (CH4) enligt formeln:
CH4 (g) + 2O2 (g) → CO2 (g) + 2H20 (g)
För att beräkna reaktionens standard entalpy, måste vi leta efter standard entalpier av bildning för var och en av reaktanterna och produkterna som är involverade i reaktionen.
Dessa finns vanligtvis i en bilaga eller i flera onlinebord. För den här reaktionen är de data vi behöver:
H f º CH 4 (g) = -75 kjoul / mol.
HfO2 (g) = 0 kjoul / mol.
HfCO2 (g) = -394 kjoul / mol.
HfH20 (g) = -284 kjoul / mol.
Observera att eftersom det är i dess standardtillstånd är standard entalpin av bildning för syrgas gas 0 kJ / mol.
Därefter summerar vi våra standard entalpier av träning. Observera att eftersom enheterna är i kJ / mol måste vi multiplicera med de stökiometriska koefficienterna i den balanserade reaktionsekvationen (Leaf Group Ltd, SF).
Σ ΔH f º (produkter) = ΔH f º CO 2 + 2 ΔH f º H 2 O
Σ ΔH f º (produkter) = -1 (394 kjoul / mol) -2 (284 kjoul / mol) = -962 kjoul / mol
ΣΔHf ((reaktanter) = AHfCHCH4 + AHfOO2
Σ ΔH f º (reaktanter) = -75 kjoul / mol + 2 (0 kjoul / mol) = -75 kjoul / mol
Nu kan vi hitta reaktionens standard entalpy:
ΔH r ° = ΣΔH fº (produkter) - ΣΔH fº (reaktanter) = (- 962) - (- 75) =
ΔH r ° = - 887 kJ / mol.
