- Predchádzajúci koncept na pochopenie reakčného tepla: rozdiely medzi ΔH a ΔHº
- Vznikajúce teplo
- Výpočet entalpie reakcie
- 1 - Experimentálny výpočet
- 2 - Teoretický výpočet
- Referencie
Reakčná teplo alebo entalpie reakcie (AH), je zmena entalpie chemickou reakciou, ku ktorej dochádza pri konštantnom tlaku. Je to termodynamická jednotka merania užitočná na výpočet množstva energie na mól, ktorá sa uvoľňuje alebo vytvára v reakcii.
Pretože entalpia je odvodená od tlaku, objemu a vnútornej energie, z ktorých všetky sú stavovými funkciami, entalpia je tiež stavovou funkciou.
ΔH alebo zmena entalpie sa objavila ako jednotka merania určená na výpočet zmeny energie systému, keď bolo ťažké nájsť ΔU alebo zmenu vnútornej energie systému, pričom sa súčasne meralo množstvo tepla a práce zamenené.
Pri konštantnom tlaku sa zmena entalpie rovná teplu a môže sa merať ako ΔH = q.
Potom vznikne zápis ΔHº alebo ΔHº r, ktorý vysvetľuje presnú teplotu a tlak reakčného tepla ΔH.
Štandardná entalpia reakcie je symbolizovaná pomocou ΔHº alebo ΔHºrxn a môže predpokladať kladné aj záporné hodnoty. Jednotkami pre ΔHº sú kiloJoulov na mól alebo kj / mól.
Predchádzajúci koncept na pochopenie reakčného tepla: rozdiely medzi ΔH a ΔHº
Δ = predstavuje zmenu entalpie (entalpia produktov mínus entalpia reaktantov).
Kladná hodnota znamená, že výrobky majú vyššiu entalpiu alebo že ide o endotermickú reakciu (je potrebné teplo).
Záporná hodnota znamená, že reaktanty majú vyššiu entalpiu alebo že ide o exotermickú reakciu (vytvára sa teplo).
º = znamená, že reakcia je štandardná zmena entalpie a vyskytuje sa pri nastavenom tlaku / teplote.
r = označuje, že táto zmena je entalpiou reakcie.
Štandardný stav: štandardný stav tuhej alebo kvapalnej látky je čistá látka pri tlaku 1 bar alebo rovnaká atmosféra 1 (105 Pa) a teplota 25 ° C alebo rovnaká 298 K ,
AH ° r je štandardné reakčné teplo alebo štandardná entalpia reakcie a podobne ako AH meria aj entalpiu reakcie. AHºrxn sa však uskutočňuje za „štandardných“ podmienok, čo znamená, že reakcia sa uskutočňuje pri 25 ° C a 1 atm.
Výhoda merania ΔH za štandardných podmienok spočíva v schopnosti priradiť jednu hodnotu ΔH k druhej, pretože sa vyskytujú za rovnakých podmienok.
Vznikajúce teplo
Štandardné teplo tvoriace sa chemikáliou ΔH f º je množstvo tepla absorbovaného alebo uvoľneného z tvorby 1 molu tejto chemikálie pri 25 stupňoch Celzia a 1 bar jej prvkov v ich štandardných stavoch.
Prvok je v štandardnom stave, ak je vo svojej najstabilnejšej forme a vo svojom fyzikálnom stave (tuhý, kvapalný alebo plynný) pri teplote 25 stupňov Celzia a 1 bar.
Napríklad štandardné teplo tvoriace oxid uhličitý zahrnuje ako reaktanty kyslík a uhlík.
Kyslík je stabilnejší ako O 2 molekúl plynu , pričom uhlík je stabilnejší ako pevný grafit. (Grafit je za štandardných podmienok stabilnejší ako diamant).
Na vyjadrenie definície iným spôsobom je štandardné teplo tvoriace špeciálny typ štandardného reakčného tepla.
Reakcia je tvorba 1 molu chemikálie z jej prvkov v štandardných stavoch za štandardných podmienok.
Štandardné teplo tvorenia sa tiež nazýva štandardná entalpia tvorby (hoci je to vlastne zmena entalpie).
Samotné vytvorenie prvku by samo osebe neviedlo k žiadnej zmene entalpie, takže štandardné reakčné teplo pre všetky prvky je nulové (Cai, 2014).
Výpočet entalpie reakcie
1 - Experimentálny výpočet
Entalpia sa môže merať experimentálne pomocou kalorimetra. Kalorimeter je prístroj, v ktorom vzorka reaguje pomocou elektrických káblov, ktoré poskytujú aktivačnú energiu. Vzorka je v nádobe obklopenej vodou, ktorá sa neustále mieša.
Meraním so zmenou teploty, ktorá nastane, keď vzorka reaguje, a poznaním špecifického tepla vody a jej hmotnosti sa teplo uvoľnené alebo absorbované reakciou vypočíta pomocou rovnice q = Cesp xmx ΔT.
V tejto rovnici q je teplo, Cesp je špecifické teplo v tomto prípade vody, ktoré sa rovná 1 kalórii na gram, m je hmotnosť vody a ΔT je zmena teploty.
Kalorimeter je izolovaný systém, ktorý má konštantný tlak, takže AH r = q
2 - Teoretický výpočet
Zmena entalpie nezávisí od konkrétnej dráhy reakcie, ale iba od globálnej energetickej úrovne produktov a reaktantov. Entalpia je funkciou štátu, a preto je aditívna.
Na výpočet štandardnej entalpie reakcie môžeme pridať štandardné entalpie tvorby reaktantov a odpočítať ju od súčtu štandardných entalpií tvorby produktov (Boundless, SF). Matematicky to dáva:
AH r ° = Σ AH f ° (výrobky) - Σ AH f ° (Činidlá).
Entalmy reakcií sa zvyčajne počítajú z entalpií tvorby reaktantov za normálnych podmienok (tlak 1 bar a teplota 25 stupňov Celzia).
Pre vysvetlenie tohto princípu termodynamiky, vypočítame entalpie reakcie pre spaľovanie metánu (CH 4 ), podľa vzorca:
CH 4 (g) + 2O 2 (g) → CO 2 (g) + 2 H 2 O (g)
Aby sme mohli vypočítať štandardnú entalpiu reakcie, musíme nájsť štandardné entalpie tvorby pre každý z reaktantov a produktov zapojených do reakcie.
Zvyčajne sa nachádzajú v prílohe alebo v rôznych online tabuľkách. Na túto reakciu sú potrebné tieto údaje:
H f ° CH 4 (g) = -75 kjoule / mol.
H f º O 2 (g) = 0 kjoule / mol.
H f ° CO 2 (g) = -394 kjoule / mol.
H f º H 2 O (g) = -284 kjoule / mol.
Všimnite si, že pretože je vo svojom štandardnom stave, štandardná entalpia tvorby kyslíka je 0 kJ / mol.
Ďalej uvádzame zhrnutie našich štandardných entalpií formácie. Všimnite si, že pretože jednotky sú v kJ / mol, musíme sa v rovnovážnej reakčnej rovnici vynásobiť stechiometrickými koeficientmi (Leaf Group Ltd, SF).
AH Σ f ° (výrobkov) AH = f º CO 2 2 AH f º H 2 O
Σ AH f º (výrobky) = 1 (394 kjoule / mol) -2 (284 kjoule / mol) = -962 kjoule / mol
AH Σ f ° (reaktanty) AH = f º CH 4 + AH f º O 2
Σ AH f º (reaktanty) = -75 kjoule / mol + 2 (0 kjoule / mol) = -75 kjoule / mol
Teraz môžeme nájsť štandardnú entalpiu reakcie:
AH r ° = Σ AH f º (výrobky) - Σ AH f º (reaktanty) = (- 962) - (- 75) =
AH r ° = - 887 kJ / mol.
Referencie
- Anne Marie Helmenstine. (2014, 11. júna). Entalpia definície reakcie. Získané z thinkco: thinkco.com.
- (SF). Štandardná entalpia reakcie. Obnovené z bez hraníc: boundless.com.
- Cai, E. (2014, 11. marca). štandardné formovacie teplo. Obnovené od chemicistika: chemicalstatistician.wordpress.com.
- Clark, J. (2013, máj). Rôzne definície entalpie. Obnovené z chemguide.co.uk: chemguide.co.uk.
- Jonathan Nguyen, GL (2017, 9. februára). Štandardná entalpia formácie. Obnovené z chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
- Leaf Group Ltd. (SF). Ako vypočítať entalpie reakcie. Obnovené zo sciencing: sciencing.com.
- Rachel Martin, EY (2014, 7. mája). Reakčné teplo. Obnovené z chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.