- Попередня концепція для розуміння тепла реакції: різниці між ΔH та ΔHº
- Теплоутворення
- Розрахунок ентальпії реакції
- 1- Експериментальний розрахунок
- 2- Теоретичний розрахунок
- Список літератури
Теплота реакції або ентальпії реакції (H) являє собою зміну ентальпії хімічної реакції , яка відбувається при постійному тиску. Це термодинамічна одиниця вимірювання, корисна для обчислення кількості енергії на моль, що виділяється або виробляється в реакції.
Оскільки ентальпія походить від тиску, об’єму та внутрішньої енергії, всі вони є функціями стану, ентальпія є також функцією стану.
ΔH, або ентальпійна зміна з'явилася як одиниця вимірювання, призначена для обчислення зміни енергії системи, коли стало занадто важко знайти ΔU, або зміни внутрішньої енергії системи, одночасно вимірюючи кількість тепла і роботи взаємозамінні.
За умови постійного тиску зміна ентальпії дорівнює тепла і може бути виміряно як ΔH = q.
Позначення ΔHº або ΔHº r тоді виникає для 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 кіло джоулів на моль, або kj / mol.
Попередня концепція для розуміння тепла реакції: різниці між ΔH та ΔHº
Δ = являє собою зміну ентальпії (ентальпія продуктів мінус ентальпія реагентів).
Позитивне значення вказує на те, що продукти мають більш високу ентальпію, або що це ендотермічна реакція (необхідне тепло).
Від’ємне значення вказує на те, що реактиви мають вищу ентальпію або що це екзотермічна реакція (виділяється тепло).
º = означає, що реакція є стандартною зміною ентальпії і відбувається при заданому тиску / температурі.
r = означає, що ця зміна є ентальпією реакції.
Стандартний стан: стандартний стан твердої речовини або рідини - це чиста речовина при тиску 1 бар або те саме, що одна атмосфера (105 Па) і температура 25 ° С, або те саме, що 298 К .
ΔHº r - це стандартна теплота реакції або стандартна ентальпія реакції, як і ΔH, вона також вимірює ентальпію реакції. Однак ΔHºrxn відбувається в "стандартних" умовах, що означає, що реакція відбувається при 25 ° C та 1 атм.
Перевага вимірювання ΔH в стандартних умовах полягає у здатності співвідносити одне значення ΔHº з іншим, оскільки вони відбуваються в тих самих умовах.
Теплоутворення
Стандартна теплота утворення хімічної речовини , ΔH f º, - це кількість тепла, що поглинається або виділяється з утворення 1 моль цієї хімічної речовини при 25 градусах Цельсія та 1 бар її елементів у стандартному стані.
Елемент знаходиться в стандартному стані, якщо він знаходиться в найбільш стійкій формі та фізичному стані (твердий, рідкий або газовий) при 25 градусах Цельсія та 1 бар.
Наприклад, стандартна теплота утворення вуглекислого газу включає кисень і вуглець як реагенти.
Кисень стійкіший як молекули газу O 2 , тоді як вуглець більш стійкий як твердий графіт. (Графіт стабільніший за алмаз у стандартних умовах).
Щоб висловити визначення іншим способом, стандартна теплота утворення - це особливий тип стандартної теплоти реакції.
Реакція - це утворення 1 моль хімічної речовини з її елементів у їх стандартних станах при стандартних умовах.
Стандартну теплоту пласта називають також стандартною ентальпією пласта (хоча насправді це зміна ентальпії).
За визначенням, сам по собі елемент елемента не спричинив би жодної зміни ентальпії, тому стандартна теплота реакції для всіх елементів дорівнює нулю (Cai, 2014).
Розрахунок ентальпії реакції
1- Експериментальний розрахунок
Ентальпію можна виміряти експериментально, використовуючи калориметр. Калориметр - це інструмент, на який зразок реагує за допомогою електричних кабелів, що забезпечують енергію активації. Зразок знаходиться в ємності, оточеній водою, яку постійно перемішують.
Вимірюючи зі зміною температури, що виникає, коли зразок реагує, і знаючи питому теплоту води та її масу, тепло, що виділяється або поглинається реакцією, обчислюється за допомогою рівняння q = Cesp xmx ΔT.
У цьому рівнянні q - тепло, Cesp - питома теплоємність у цьому випадку води, яка дорівнює 1 калорій на грам, m - маса води, а ΔT - зміна температури.
Калориметр - це ізольована система, яка має постійний тиск, тому ΔH r = q
2- Теоретичний розрахунок
Зміна ентальпії залежить не від конкретного шляху реакції, а лише від глобального енергетичного рівня продуктів та реагентів. Ентальпія - це функція держави, і як така вона є адитивною.
Для обчислення стандартної ентальпії реакції ми можемо додати стандартні ентальпії утворення реагентів і відняти її від суми стандартних ентальпій утворення продуктів (Boundless, SF). Математично сказано, це дає нам:
.DELTA.H r ° = Σ .DELTA.H f ° (продукти) - Σ .DELTA.H f ° (реактиви).
Ентальпії реакцій зазвичай розраховують з ентальпії утворення реагентів у нормальних умовах (тиск 1 бар і температура 25 градусів Цельсія).
Для пояснення цього принципу термодинаміки ми обчислимо ентальпію реакції на горіння метану (CH 4 ) за формулою:
CH 4 (g) + 2O 2 (g) → CO 2 (g) + 2H 2 O (g)
Для обчислення стандартної ентальпії реакції нам потрібно знайти стандартні ентальпії утворення для кожного з реагентів та продуктів, що беруть участь у реакції.
Зазвичай вони знаходяться в додатку або в різних онлайн-таблицях. Для цієї реакції нам потрібні дані:
H f ° CH 4 (г) = -75 кДж / моль.
H f º O 2 (g) = 0 kjoul / mol.
H f ° CO 2 (г) = -394 кюл / моль.
H f º H 2 O (g) = -284 кюл / моль.
Зауважимо, що оскільки він знаходиться у стандартному стані, стандартна ентальпія утворення для кисневого газу становить 0 кДж / моль.
Нижче ми підсумовуємо наші стандартні ентальпії формування. Зауважимо, що оскільки одиниці знаходяться в кДж / моль, нам потрібно помножити на стехіометричні коефіцієнти в рівнянні збалансованої реакції (Leaf Group Ltd, SF).
.DELTA.H Σ f ° (продукти) .DELTA.H = f º CO 2 +2 .DELTA.H f º H 2 O
Σ ΔH f º (продукти) = -1 (394 кюл / моль) -2 (284 кюл / моль) = -962 кюл / моль
.DELTA.H Σ f ° (реагенти). DELTA.H = f º CH 4 + AH f º O 2
Σ ΔH f º (реагенти) = -75 кДж / моль + 2 (0 кДж / моль) = -75 кДж / моль
Тепер ми можемо знайти стандартну ентальпію реакції:
ΔH r ° = Σ ΔH f º (продукти) - Σ ΔH f º (реактиви) = (- 962) - (- 75) =
ΔH r ° = - 887kJ / mol.
Список літератури
- Енн Марі Гельменстін. (2014 р., 11 червня). Ентальпія визначення реакції. Відновлено з thinkco: thinkco.com.
- (СФ). Стандартна ентальпія реакції. Відновлюється з безмежного: limitless.com.
- Цай, Е. (2014, 11 березня). стандартна теплота пласта. Відновлено у хімікаста: хімічний статистик.wordpress.com.
- Кларк, Дж. (2013, травень). Різні визначення ентальпії змінюють. Відновлено з chemguide.co.uk: chemguide.co.uk.
- Джонатан Нгуен, GL (2017, 9 лютого). Стандартна ентальпія формації. Відновлено з chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
- Leaf Group Ltd. (SF). Як розрахувати ентальпії реакції. Відновлено після наукових досліджень: sciaching.com.
- Рейчел Мартін, EY (2014 р., 7 травня). Тепло реакції. Відновлено з chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.