Ce este reacția de căldură?
Căldura de reacție sau entalpie a reacției (ΔH) este schimbarea entalpiei unei reacții chimice care are loc la o presiune constantă (Anne Marie Helmenstine, 2014).
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).
ΔH sau schimbarea entalpiei a apărut ca unitate de măsură pentru calculul schimbării de energie a unui sistem atunci când a devenit prea dificilă găsirea ΔU sau schimbarea energiei interne a unui sistem, măsurând simultan cantitatea de căldură și de lucru schimbate.
Având o presiune constantă, schimbarea entalpiei este egală cu căldura și poate fi măsurată ca ΔH = q.
Notarea ΔHº sau ΔHº r apare apoi pentru a explica temperatura și presiunea precisă 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 ridicată sau că este o reacție endotermică (este necesară încălzirea).
O valoare negativă indică faptul că reactanții au entalpie mai ridicată sau că este o reacție exotermă (se produce căldură).
º = înseamnă că reacția este o schimbare standard de entalpie și apare 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 care este aceeași cu 1 atmosferă (105 Pa) și o temperatură de 25 ° C sau cu aceeași temperatură de 298 K .
ΔHº 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 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).
Căldură de formare
Căldura de formare standard, ΔH f º, a unui produs chimic 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 gaz) 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 moleculele de gaze O 2, în timp ce carbonul este mai stabil ca grafitul solid. (Graful 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 unui 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 formațiunii (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 agitat constant.
Când măsurați cu o schimbare de temperatură care apare la reacția probei și cunoașteți căldura specifică a apei și masa ei, căldura care eliberează sau absoarbe reacția este calculată prin ecuația q = Cesp xmx ΔT.
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, astfel încât ΔH r = q
2 - Calcul teoretic
Schimbarea entalpiei nu depinde de calea particulară a unei reacții, ci numai de nivelul energetic global 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, SF). A spus matematic, aceasta ne oferă:
ΔH r ° = Σ ΔH f º (produse) - Σ ΔH f º (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) → C02 (g) + 2H20 (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 º CH 4 (g) = -75 kjoul / mol.
H f O 2 (g) = 0 kjoul / mol.
HfC02 (g) = -394 kjoul / mol.
H fH20 (g) = -284 kjoul / mol.
Rețineți că, deoarece este în starea sa 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 de reacție (Leaf Group Ltd, SF).
Σ ΔH f º (produse) = ΔH f º CO 2 + 2 ΔH f º H 2 O
Σ ΔH fș (produse) = -1 (394 kjoul / mol) -2 (284 kjoul / mol) = -962 kjoul / mol
Σ ΔH f ((reactanți) = ΔH f CH CH 4 + ΔH f O O 2
Σ ΔH f º (reactanți) = -75 kjoul / mol + 2 (0 kjoul / mol) = -75 kjoul / mol
Acum, putem găsi entalpia standard a reacției:
ΔH r ° = Σ ΔH fº (produse) - Σ ΔH fº (reactanti) = (- 962) - (- 75) =
ΔH ° = - 887 kJ / mol.
