- Ankstesnė koncepcija, skirta suprasti reakcijos šilumą: skirtumai tarp ΔH ir ΔHº
- Formavimo šiluma
- Reakcijos entalpijos apskaičiavimas
- 1- Eksperimentinis skaičiavimas
- 2 - Teorinis skaičiavimas
- Nuorodos
Reakcijos šilumos arba entalpija reakcijos (ΔH) yra entalpijos cheminės reakcijos metu, kylančios, esant pastoviam slėgiui kaita. Tai yra termodinaminis matavimo vienetas, naudingas apskaičiuojant energijos kiekį molyje, kuris išsiskiria arba išsiskiria reakcijos metu.
Kadangi entalpija gaunama iš slėgio, tūrio ir vidinės energijos, kurios visos yra būsenos funkcijos, entalpija taip pat yra būsenos funkcija.
ΔH arba entalpijos pokytis atsirado kaip matavimo vienetas, skirtas sistemos energijos pokyčiui apskaičiuoti, kai pasidarė per sunku rasti ΔU, arba sistemos vidinės energijos pokyčiams, tuo pačiu išmatuojant šilumos ir darbo kiekį. pasikeitė.
Esant pastoviam slėgiui, entalpijos pokytis prilygsta šilumai ir gali būti matuojamas kaip ΔH = q.
Tada paaiškėja tiksli reakcijos karščio ΔH temperatūra ir slėgis ΔHº arba ΔHº r .
Standartinę reakcijos entalpiją simbolizuoja ΔHº arba ΔHºrxn ir ji gali turėti teigiamas ir neigiamas reikšmes. ΔHº matavimo vienetai yra kiloJoules už molį arba kj / mol.
Ankstesnė koncepcija, skirta suprasti reakcijos šilumą: skirtumai tarp ΔH ir ΔHº
Δ = žymi entalpijos pokytį (produktų entalpija atėmus reagentų entalpiją).
Teigiama vertė rodo, kad produktai turi didesnę entalpiją arba kad tai yra endoterminė reakcija (reikalinga šiluma).
Neigiama reikšmė rodo, kad reagentų entalpija yra didesnė, arba kad tai yra egzoterminė reakcija (gaminama šiluma).
º = reiškia, kad reakcija yra standartinis entalpijos pokytis ir vyksta esant iš anksto nustatytam slėgiui / temperatūrai.
r = reiškia, kad šis pokytis yra reakcijos entalpija.
Standartinė būsena: standartinė kietojo ar skystojo būsena yra gryna medžiaga, esant 1 bar slėgiui arba tai, kas yra toje pačioje atmosferoje (105 Pa) ir 25 ° C temperatūroje, arba toje pačioje 298 K .
ΔHº r yra standartinė reakcijos šiluma arba standartinė reakcijos entalpija, ir, kaip ir ΔH, ji matuoja ir reakcijos entalpiją. Tačiau ΔHºrxn vyksta „standartinėmis“ sąlygomis, tai reiškia, kad reakcija vyksta 25 ° C ir 1 atm.
ΔH matavimo pranašumas standartinėmis sąlygomis yra galimybė susieti vieną ΔHº vertę su kita, nes jie vyksta tomis pačiomis sąlygomis.
Formavimo šiluma
Standartinė cheminės medžiagos susidarymo šiluma, ΔH f º, yra šilumos kiekis, absorbuotas arba išleidžiamas susidarius 1 molui tos cheminės medžiagos 25 laipsnių Celsijaus ir 1 baro jos elementų standartinėmis būsenomis.
Elementas yra normalioje būsenoje, jei yra stabiliausios formos ir jo fizinė būsena (kieta, skysta ar dujinė) esant 25 laipsnių Celsijaus ir 1 barui.
Pavyzdžiui, įprasta anglies dioksido susidarymo šiluma apima deguonį ir anglį kaip reagentus.
Deguonis yra stabilesnis kaip O 2 dujų molekulės , o anglis yra stabilesnis kaip kietas grafitas. (Grafitas standartinėmis sąlygomis yra stabilesnis nei deimantas).
Norėdami apibrėžimą apibūdinti kitu būdu, standartinė formavimosi šiluma yra ypatinga standartinės reakcijos šilumos rūšis.
Reakcija yra 1 molio cheminės medžiagos susidarymas iš jos elementų standartinėse būsenose standartinėmis sąlygomis.
Įprasta formavimosi šiluma taip pat vadinama standartine formavimo entalpija (nors tai iš tikrųjų yra entalpijos pokytis).
Pagal apibrėžimą pats elemento formavimas nepadarys jokio entalpijos pokyčio, todėl standartinė visų elementų reakcijos šiluma yra lygi nuliui (Cai, 2014).
Reakcijos entalpijos apskaičiavimas
1- Eksperimentinis skaičiavimas
Entalpiją galima išmatuoti eksperimentiškai naudojant kalorimetrą. Kalorimetras yra prietaisas, kurio metu į mėginį reaguojama per elektros kabelius, kurie teikia aktyvacijos energiją. Mėginys yra talpykloje, apsuptoje vandens, kuris nuolat maišomas.
Matuojant temperatūros pokyčiui, atsirandančiam reaguojant į pavyzdį, ir žinant savitąją vandens šilumą ir jo masę, reakcijos metu išsiskyrusi ar sugertą šiluma apskaičiuojama naudojant lygtį q = Cesp xmx ΔT.
Šioje lygtyje q yra šiluma, Cesp yra savitoji vandens šiluma, lygi 1 kalorijai grame, m yra vandens masė, o ΔT yra temperatūros pokytis.
Kalorimetras yra izoliuota sistema, turinti pastovų slėgį, taigi ΔH r = q
2 - Teorinis skaičiavimas
Entalpijos pokytis priklauso ne nuo konkretaus reakcijos kelio, o tik nuo produktų ir reagentų pasaulinio energijos lygio. Entalpija yra būsenos funkcija, todėl ji yra adityvi.
Norėdami apskaičiuoti standartinę reakcijos entalpiją, galime sudėti standartinius reagentų susidarymo entalpius ir atimti iš standartinių produktų susidarymo entalpijų sumos (Boundless, SF). Matematiškai sakant, tai suteikia mums:
.DELTA.H r ° = Σ .DELTA.H f ° (produktai) - Σ .DELTA.H f ° (reaktantai).
Paprastai reakcijų entalpijos apskaičiuojamos pagal reagentų susidarymo entalpijas normaliomis sąlygomis (1 baro slėgis ir temperatūra 25 laipsniai Celsijaus).
Norėdami paaiškinti šį termodinamikos principą, apskaičiuosime metano (CH 4 ) degimo reakcijos entalpiją pagal formulę:
CH 4 (g) + 2O 2 (g) → CO 2 (g) + 2H 2 O (g)
Norėdami apskaičiuoti standartinę reakcijos entalpiją, turime rasti standartinius kiekvienos reakcijoje dalyvaujančių reagentų ir produktų formavimo entalpijas.
Paprastai jie pateikiami priede arba įvairiose internetinėse lentelėse. Šiai reakcijai reikalingi šie duomenys:
H f ° CH 4 (g) = -75 kjoul / mol.
H f º O 2 (g) = 0 kjoul / mol.
H f ° CO 2 (g) = -394 kjoul / mol.
H f º H 2 O (g) = -284 kjoul / mol.
Atminkite, kad deguonies dujų standartinė formavimosi entalpija yra 0 kJ / mol.
Žemiau mes apibendriname standartines formavimo entalpijas. Atminkite, kad vienetai yra kJ / mol, todėl mes turime padauginti iš stechiometrinių koeficientų subalansuotos reakcijos lygtyje („Leaf Group Ltd“, SF).
.DELTA.H Σ f ° (gaminiai) .DELTA.H = f º CO 2 +2. DELTA.H f º H 2 O
Σ ΔH f º (produktai) = -1 (394 kjoul / mol) -2 (284 kjoul / mol) = -962 kjoul / mol
.DELTA.H Σ f ° (reaktantai) .DELTA.H = f º CH 4 + AH f º O 2
Σ ΔH f º (reagentai) = -75 kjoul / mol + 2 (0 kjoul / mol) = -75 kjoul / mol
Dabar galime rasti standartinę reakcijos entalpiją:
ΔH r ° = Σ ΔH f º (produktai) - Σ ΔH f º (reaktantai) = (- 962) - (- 75) =
ΔH r ° = - 887kJ / mol.
Nuorodos
- Anne Marie Helmenstine. (2014 m. Birželio 11 d.). Reakcijos apibrėžimo entalpija. Atkurta iš „thinkco“: thinkco.com.
- (SF). Standartinė reakcijos entalpija. Atkurta iš beribių: „borderless.com“.
- Cai, E. (2014 m. Kovo 11 d.). standartinė formavimosi šiluma. Atgautas iš chemijos statistiko: chemijos statistikas.wordpress.com.
- Clarkas, J. (2013, gegužė). Įvairūs entalpijos pokyčių apibrėžimai. Atkurta iš chemguide.co.uk: chemguide.co.uk.
- Jonathanas Nguyenas, GL (2017 m., Vasario 9 d.). Standartinė formavimo entalpija. Atkurta iš chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
- „Leaf Group Ltd.“ (SF). Kaip apskaičiuoti reakcijos entalpijas. Atgautas iš mokslų: sciencing.com.
- Rachel Martin, EY (2014 m., Gegužės 7 d.). Reakcijos šiluma. Atkurta iš chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.