- Aikaisempi käsite reaktion lämmön ymmärtämiseksi: erot ΔH: n ja ΔHº: n välillä
- Muodostumisen lämpö
- Reaktion entalpian laskeminen
- 1- Kokeellinen laskenta
- 2 - Teoreettinen laskenta
- Viitteet
Reaktiolämmön tai entalpia reaktion (AH) on muutos entalpia kemiallisessa reaktiossa, joka tapahtuu vakiopaineessa. Se on termodynaaminen mittayksikkö, joka on hyödyllinen laskettaessa reaktiossa vapautuvan tai tuotetun energian määrää moolia kohti.
Koska entalpia johdetaan paineesta, tilavuudesta ja sisäisestä energiasta, jotka kaikki ovat tilatoimintoja, entalpia on myös tilatoiminto.
ΔH, tai entalpiamuutos, syntyi mittayksikkönä, joka on tarkoitettu laskemaan järjestelmän energianmuutos, kun ΔU: n löytäminen tai järjestelmän sisäisen energian muutos oli liian vaikea löytää, mittaamalla samanaikaisesti lämmön ja työn määrä keskenään.
Vakiopaineen ollessa entalpian muutos on yhtä suuri kuin lämpö ja se voidaan mitata muodolla ΔH = q.
Merkintä ΔHº tai ΔHº r syntyy sitten selittämään reaktion lämmön ΔH tarkka lämpötila ja paine.
Reaktion standardi entalpiaa symboloi ΔHº tai ΔHºrxn ja se voi olettaa sekä positiivisia että negatiivisia arvoja. ΔHº-yksiköt ovat kiloJouleja moolia kohti, tai kj / mooli.
Aikaisempi käsite reaktion lämmön ymmärtämiseksi: erot ΔH: n ja ΔHº: n välillä
Δ = edustaa entalpian muutosta (tuotteiden entalpia miinus reagenssien entalpia).
Positiivinen arvo osoittaa, että tuotteilla on korkeampi entalpia tai että se on endoterminen reaktio (lämpöä vaaditaan).
Negatiivinen arvo osoittaa, että reagensseilla on korkeampi entalpia tai että se on eksoterminen reaktio (lämpöä syntyy).
º = tarkoittaa, että reaktio on tavanomainen entalpiamuutos ja tapahtuu ennalta asetetussa paineessa / lämpötilassa.
r = tarkoittaa, että tämä muutos on reaktion entalpia.
Normaalitila: Kiinteän tai nestemäisen vakiotila on puhdas aine 1 barin paineessa tai mikä on sama 1 ilmakehän (105 Pa) ja lämpötilan 25 ° C tai mikä on sama 298 K.
ΔHº r on reaktion standardilämpö tai standardi entalpia, ja kuten ΔH, se mittaa myös reaktion entalpiaa. AHºrxn tapahtuu kuitenkin "standardi" olosuhteissa, mikä tarkoittaa, että reaktio tapahtuu lämpötilassa 25 ° C ja 1 atm: ssä.
ΔH-mittauksen etuna vakio-olosuhteissa on kyky suhteuttaa yksi ΔHº-arvo toiseen, koska ne tapahtuvat samoissa olosuhteissa.
Muodostumisen lämpö
Kemikaalin standardi muodostumislämpö, ΔH f º, on lämmön määrä, joka absorboituu tai vapautuu muodostuneen yhden kemikaalin moolin lämpötilassa 25 celsiusastetta ja yhden barin sen elementeissä vakioasennoissaan.
Elementti on normaalitilassaan, jos se on vakaimmassa muodossaan ja fysikaalisessa tilassaan (kiinteä, nestemäinen tai kaasullinen) 25 celsiusasteessa ja 1 bar.
Esimerkiksi hiilidioksidin tavallinen muodostumislämpö sisältää happea ja hiiltä reagoivina aineina.
Happi on vakaampi kuin O 2 kaasu molekyylejä, kun taas hiili on vakaampi kiinteänä aineena grafiitti. (Grafiitti on vakio-olosuhteissa stabiilimpi kuin timantti).
Määritelmän ilmaisemiseksi toisella tavalla, normaali muodostumislämpö on erityinen reaktion normaalin lämmön tyyppi.
Reaktio on 1 moolin kemikaalin muodostuminen sen elementeistä standarditiloissaan vakio-olosuhteissa.
Muodostumisen tavanomaista lämpöä kutsutaan myös muodostumisen tavanomaiseksi entalpiaksi (vaikka se on itse asiassa muutos entalpiaan).
Määritelmän mukaan itsestään alkuaineen muodostuminen ei aiheuttaisi muutosta entalpiaan, joten kaikkien elementtien reaktion standardilämpötila on nolla (Cai, 2014).
Reaktion entalpian laskeminen
1- Kokeellinen laskenta
Entalpia voidaan mitata kokeellisesti kalorimetrillä. Kalorimetri on laite, jossa näyte saatetaan reagoimaan aktivointienergian tarjoavien sähkökaapeleiden kautta. Näyte on astiassa, jota ympäröi vesi, jota sekoitetaan jatkuvasti.
Mittaamalla lämpötilan muutoksella, joka tapahtuu näytteen reagoidessa, ja tietämällä veden ominaislämpö ja sen massa, reaktion vapautunut tai absorboima lämpö lasketaan yhtälöllä q = Cesp xmx ΔT.
Tässä yhtälössä q on lämpö, Cesp on tässä tapauksessa veden ominaislämpö, joka on yhtä suuri kuin 1 kalori grammaa kohti, m on veden massa ja ΔT on lämpötilan muutos.
Kalorimetri on eristetty järjestelmä, jolla on vakiopaine, joten ΔH r = q
2 - Teoreettinen laskenta
Entalpian muutos ei riipu tietystä reaktioreitistä, vaan vain tuotteiden ja reagenssien globaalista energiatasosta. Entalpia on tilan funktio, ja sellaisenaan se on additiivinen.
Reaktion standardin entalpian laskemiseksi voimme lisätä reagoivien aineiden muodostumisen vakio entalpiat ja vähentää sen tuotteiden muodostumisen standardien entalpioiden summasta (rajaton, SF). Matemaattisesti sanottuna tämä antaa meille:
.DELTA.H r ° = Σ.DELTA.H f ° (tuotteet) - Σ.DELTA.H f ° (reaktanttien).
Reaktioiden entalpiat lasketaan yleensä reagenssien muodostumisen entalpiaista normaaleissa olosuhteissa (1 barin paine ja lämpötila 25 ° C).
Selittää tätä periaatetta termodynamiikan, me laskemme entalpia reaktion metaanin polttoon (CH 4) seuraavan kaavan mukaisesti:
CH 4 (g) + 2O 2 (g) → CO 2 (g) + 2H 2 O (g)
Reaktion standardi entalpian laskemiseksi meidän on löydettävä muodostumisen standardi entalpiat kaikille reaktiossa mukana oleville reagensseille ja tuotteille.
Ne löytyvät yleensä liitteestä tai useista verkkotaulukoista. Tätä reaktiota varten tarvitsemme tietoja:
H f ° CH 4 (g) = -75 kjoul / mol.
H f ° O 2 (g) = 0 kjoul / mol.
H f ° CO 2 (g) = -394 kjoul / mol.
H f ° H 2 O (g) = -284 kjoul / mol.
Huomaa, että koska se on normaaleissa olosuhteissaan, happikaasun muodostumisen tavanomainen entalpia on 0 kJ / mol.
Seuraavassa esitetään yhteenveto muodostumisen tavanomaisista entalpiaista. Huomaa, että koska yksiköt ovat kJ / mol, meidän on kerrottava stoikiometrisillä kertoimilla tasapainotetussa reaktioyhtälössä (Leaf Group Ltd, SF).
.DELTA.H ° f (tuotteet).DELTA.H = f º CO 2 +2. DELTA.H f º H 2 O
Σ ΔH f (tuotteet) = -1 (394 kjoul / mol) -2 (284 kjoul / mol) = -962 kjoul / mol
.DELTA.H Σ f ° (reagenssit). DELTA.H = f º CH 4 + AH f º O 2
Σ ΔH f (reagenssit) = -75 kjoul / mol + 2 (0 kjoul / mol) = -75 kjoul / mol
Nyt voimme löytää reaktion tavanomaisen entalpian:
ΔH r ° = Σ ΔH f º (tuotteet) - Σ ΔH f º (reagenssit) = (- 962) - (- 75) =
AH r ° = - 887 kJ / mol.
Viitteet
- Anne Marie Helmenstine. (2014, 11. kesäkuuta). Reaktion määritelmän entalpia. Palautettu gondoksesta: thinkco.com.
- (SF). Reaktion standardi entalpia. Palautettu rajattomasta: borderless.com.
- Cai, E. (2014, 11. maaliskuuta). vakio muodostumislämpö. Palautettu kemikaalitilastoilijalta: chemicalstatistician.wordpress.com.
- Clark, J. (2013, toukokuu). Erilaiset entalpiamuutoksen määritelmät. Palautettu kemguide.co.uk: kemguide.co.uk.
- Jonathan Nguyen, GL (2017, 9. helmikuuta). Muodostumisen tavanomainen entalpia. Palautettu osoitteesta chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
- Leaf Group Ltd. (SF). Kuinka laskea reaktion entalpiat. Palautunut tieteestä: sciencing.com.
- Rachel Martin, EY (2014, 7. toukokuuta). Reaktion lämpö. Palautettu osoitteesta chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.