- Concept anterior pentru a înțelege căldura reacției: diferențe între ΔH și ΔHº
- Căldura de formare
- Calculul entalpiei de reacție
- 1- Calcul experimental
- 2- Calcul teoretic
- Referințe
Căldura de reacție sau entalpia de reacție (AH) este modificarea entalpiei unei reacții chimice care are loc la presiune constantă. Este o unitate de măsură termodinamică utilă pentru calcularea cantității de energie pe aluniță care este eliberată sau produsă într-o reacție.
Deoarece entalpia este derivată din presiune, volum și energie internă, toate fiind funcții de stare, entalpia este, de asemenea, o funcție de stare.
ΔH, sau schimbarea de entalpie a apărut ca o unitate de măsură destinată calculării schimbării de energie a unui sistem atunci când a devenit prea dificil să găsească UU, sau schimbarea energiei interne a unui sistem, măsurând simultan cantitatea de căldură și de lucru interschimbate.
Dată fiind o presiune constantă, schimbarea de entalpie este egală cu căldura și poate fi măsurată ca ΔH = q.
Notarea TheHº sau ΔHº r apare apoi pentru a explica temperatura și presiunea precisă a căldurii de reacție ΔH.
Entalpia standard de reacție este simbolizată prin ΔHº sau ΔHºrxn și poate presupune atât valori pozitive, cât și negative. Unitățile pentru ΔHº sunt kiloJoules pe aluniță sau kj / mol.
Concept anterior pentru a înțelege căldura reacției: diferențe între ΔH și ΔHº
Δ = reprezintă modificarea entalpiei (entalpia produselor minus entalpia reactivilor).
O valoare pozitivă indică faptul că produsele au o entalpie mai mare sau că este o reacție endotermică (este necesară căldură).
O valoare negativă indică faptul că reactanții au o entalpie mai mare sau că este o reacție exotermă (se produce căldură).
º = înseamnă că reacția este o modificare standard de entalpie și are loc la o presiune / temperatură prestabilită.
r = denotă că această schimbare este entalpia reacției.
Starea standard: starea standard a unui solid sau lichid este substanța pură la o presiune de 1 bar sau ceea ce este aceeași 1 atmosferă (105 Pa) și o temperatură de 25 ° C, sau ceea ce este aceeași 298 K .
ΔHº r este căldura standard a reacției sau entalpia standard a unei reacții și, la fel 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 măsurători ΔH în condiții standard constă în capacitatea de a relaționa o valoare ΔHº cu alta, deoarece acestea apar în aceleași condiții.
Căldura de formare
Căldura standard de formare, ΔH f º, a unei substanțe chimice este cantitatea de căldură absorbită sau eliberată din formarea a 1 mol din substanța chimică la 25 de grade Celsius și 1 bar din elementele sale în stările lor standard.
Un element este în starea sa standard dacă este în forma sa cea mai stabilă și starea sa fizică (solid, lichid sau gaz) la 25 de grade Celsius și 1 bar.
De exemplu, căldura standard de formare a dioxidului de carbon implică oxigen și carbon ca reactanți.
Oxigenul este stabil mai ca O 2 molecule de gaz , în timp ce carbon este stabil mai mult ca grafit solid. (Grafitul este mai stabil decât diamantul în condiții standard).
Pentru a exprima definiția într-un alt mod, căldura de formare standard este un tip special de căldură de reacție standard.
Reacția este formarea a 1 mol de substanță chimică din elementele sale în stările lor standard în condiții standard.
Căldura standard de formare se numește și entalpia standard de formare (deși este de fapt o modificare a entalpiei).
Prin definiție, formarea unui element în sine nu ar produce nicio modificare a entalpiei, deci căldura de reacție standard pentru toate elementele este zero (Cai, 2014).
Calculul entalpiei de reacție
1- Calcul experimental
Entalpia poate fi măsurată experimental folosind un calorimetru. Un calorimetru este un instrument în care un eșantion reacționează prin cabluri electrice care asigură energia de activare. Proba se află într-un recipient înconjurat de apă, care este agitată constant.
Prin măsurarea cu o schimbare de temperatură care are loc când eșantionul reacționează și cunoscând căldura specifică a apei și masa acesteia, căldura degajată sau absorbită de reacție se calculează folosind ecuația q = Cesp xmx ΔT.
În această ecuație q este căldură, Cesp este căldura specifică în acest caz de apă, care este egală cu 1 calorie pe gram, m este masa apei și ΔT este schimbarea temperaturii.
Calorimetrul este un sistem izolat care are o presiune constantă, deci ΔH r = q
2- Calcul teoretic
Modificarea entalpiei nu depinde de calea particulară a unei reacții, ci doar de nivelul energetic global al produselor și reactanților. Entalpia este o funcție de stare și, ca atare, este aditivă.
Pentru a calcula entalpia standard a unei reacții, putem adăuga entalpiile standard de formare a reactanților și să-l scădem din suma entalpiilor standard de formare a produselor (Boundless, SF). Afirmată matematic, acest lucru ne oferă:
.DELTA.H r ° = Σ .DELTA.H f ° (produse) - Σ .DELTA.H f ° (reactanți).
Entalpiile reacțiilor sunt de obicei calculate din entalpii de formare a reactanților în condiții normale (presiunea de 1 bar și temperatura de 25 de grade Celsius).
Pentru a explica acest principiu al termodinamicii, vom calcula entalpia reacției pentru arderea metanului (CH 4 ) conform formulei:
CH 4 (g) + 2O 2 (g) → CO 2 (g) + 2H 2 O (g)
Pentru a calcula entalpia standard a reacției, trebuie să găsim entalpiile de formare standard pentru fiecare dintre reactanții și produsele implicate în reacție.
Acestea se găsesc de obicei într-un apendice sau în diverse tabele online. Pentru această reacție, datele de care avem nevoie sunt:
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.
Rețineți că, deoarece este în starea sa standard, entalpia standard de formare a gazului de oxigen este 0 kJ / mol.
Mai jos, vom rezuma entalpiile noastre standard de formare. Rețineți că, deoarece unitățile sunt în kJ / mol, trebuie să înmulțim cu coeficienții stoichiometrici în ecuația de reacție echilibrată (Leaf Group Ltd, SF).
.DELTA.H Σ f ° (produse) .DELTA.H = f º CO 2 +2 .DELTA.H f º H 2 O
Σ ΔH f º (produse) = -1 (394 kjoul / mol) -2 (284 kjoul / mol) = -962 kjoul / mol
.DELTA.H Σ f ° (reactanți) .DELTA.H = f º CH 4 + AH 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 f º (produse) - Σ ΔH f º (reactanți) = (- 962) - (- 75) =
ΔH r ° = - 887kJ / mol.
Referințe
- Anne Marie Helmenstine. (2014, 11 iunie). Entalpia definită a reacției. Recuperat din Thinkco: thoughtco.com.
- (SF). Entalpia standard a reacției. Recuperat de nelimitat: boundless.com.
- Cai, E. (2014, 11 martie). căldură de formare standard. Recuperat de la chimstatistist: chemicalstatistician.wordpress.com.
- Clark, J. (2013, mai). Diferite definiții ale schimbării entalpiei. Recuperat din chemguide.co.uk: chemguide.co.uk.
- Jonathan Nguyen, GL (2017, 9 februarie). Entalpia standard de formare. Recuperat din chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
- Leaf Group Ltd. (SF). Cum se calculează entalpiile de reacție. Recuperat din știință: știința.com.
- Rachel Martin, EY (2014, 7 mai). Căldura de reacție. Recuperat din chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.