- Prethodni koncept za razumijevanje topline reakcije: razlike između ΔH i ΔHº
- Toplina formiranja
- Proračun entalpije reakcije
- 1- Eksperimentalni proračun
- 2- Teoretski proračun
- Reference
Toplina reakcije ili entalpija reakcije (* H), je promjena u entalpija kemijske reakcije koje se javlja pri stalnom pritisku. To je termodinamička mjerna jedinica korisna za izračunavanje količine energije po molu koja se oslobađa ili stvara u reakciji.
Budući da je entalpija izvedena iz tlaka, volumena i unutarnje energije, a sve su to državne funkcije, entalpija je ujedno i funkcija stanja.
ΔH, ili promjena entalpije pojavila se kao mjerna jedinica namijenjena izračunavanju promjene energije sustava kada je postalo preteško pronaći ΔU ili promjene unutarnje energije sustava, istodobno mjereći količinu topline i rada izmjenjuju.
S obzirom na konstantan tlak, promjena entalpije jednaka je toplini i može se mjeriti kao ΔH = q.
Oznaka ΔHº ili ΔHº r tada nastaje da bi se objasnila precizna temperatura i tlak topline reakcije ΔH.
Standardna entalpija reakcije simbolizirana je ΔHº ili ΔHºrxn i može pretpostaviti i pozitivne i negativne vrijednosti. Jedinice za ΔHº su kiloJoule po molu, ili kj / mol.
Prethodni koncept za razumijevanje topline reakcije: razlike između ΔH i ΔHº
Δ = predstavlja promjenu entalpije (entalpija proizvoda umanjena za entalpiju reaktanata).
Pozitivna vrijednost ukazuje da proizvodi imaju veću entalpiju ili da je riječ o endotermičkoj reakciji (potrebna je toplina).
Negativna vrijednost ukazuje da reaktanti imaju veću entalpiju ili da je riječ o egzotermnoj reakciji (stvara se toplina).
º = znači da je reakcija standardna entalpijska promjena i da se odvija pri unaprijed postavljenom tlaku / temperaturi.
r = označava da je ta promjena entalpija reakcije.
Standardno stanje: standardno stanje krute ili tekuće tvari je čista tvar pod tlakom od 1 bara ili ista 1 atmosfera (105 Pa) i temperatura od 25 ° C, odnosno jednaka 298 K,
ΔHº r je standardna toplina reakcije ili standardna entalpija reakcije, a poput ΔH ona također mjeri entalpiju reakcije. Međutim, ΔHºrxn se odvija u "standardnim" uvjetima, što znači da se reakcija odvija pri 25 ° C i 1 atm.
Prednost mjerenja ΔH u standardnim uvjetima leži u mogućnosti povezivanja jedne ΔHº vrijednosti s drugom, budući da se one događaju pod istim uvjetima.
Toplina formiranja
Standardna toplina stvaranja kemikalije, ΔH f º, je količina topline apsorbirane ili oslobođene stvaranja 1 mola te kemikalije na 25 Celzijevih stupnjeva i 1 bara njenih elemenata u standardnom stanju.
Element je u svom standardnom stanju ako je u najstabilnijem obliku i fizičkom stanju (kruta, tekuća ili plina) na 25 Celzijevih stupnjeva i 1 bar.
Na primjer, uobičajena toplina stvaranja ugljičnog dioksida uključuje kisik i ugljik kao reaktante.
Kisik je stabilniji kao O 2 molekula plina, a ugljik je stabilan kao krutina grafita. (Grafit je stabilniji od dijamanta u standardnim uvjetima).
Da bismo odredili drugu definiciju, standardna toplina stvaranja je posebna vrsta standardne topline reakcije.
Reakcija je formiranje 1 mola kemikalije iz njegovih elemenata u njihovom standardnom stanju u standardnim uvjetima.
Standardna toplina formacije naziva se i standardna entalpija formacije (iako je zapravo promjena entalpije).
Po definiciji, stvaranje samog elementa ne bi proizvelo nikakvu promjenu entalpije, tako da je standardna toplina reakcije za sve elemente jednaka nuli (Cai, 2014).
Proračun entalpije reakcije
1- Eksperimentalni proračun
Entalpija se može eksperimentalno izmjeriti kalorimetrom. Kalorimetar je instrument na koji uzorak reagira električnim kablovima koji daju energiju za aktiviranje. Uzorak je u posudi okruženoj vodom koja se stalno miješa.
Mjerenjem s promjenom temperature koja nastaje kada uzorak reagira i poznavajući specifičnu toplinu vode i njenu masu, toplina koja se oslobađa ili apsorbira reakcijom izračunava se jednadžbom q = Cesp xmx ΔT.
U ovoj jednadžbi q je toplina, Cesp je specifična toplina u ovom slučaju vode koja je jednaka 1 kalorija po gramu, m je masa vode, a ΔT je promjena temperature.
Kalorimetar je izolirani sustav koji ima stalan tlak, pa je ΔH r = q
2- Teoretski proračun
Promjena entalpije ne ovisi o posebnom putu reakcije, već samo o globalnoj razini energije proizvoda i reaktanata. Entalpija je funkcija stanja i kao takva je aditivna.
Da bismo izračunali standardnu entalpiju reakcije, možemo dodati standardne entalpije stvaranja reaktanata i oduzeti je od zbroja standardnih entalpija formiranja produkata (Boundless, SF). Matematički rečeno, to nam daje:
.DELTA.H r ° = Σ.DELTA.H f ° (proizvodi) - Σ.DELTA.H f ° (reaktanti).
Entalpije reakcija obično se izračunavaju iz entalpije stvaranja reaktanata u normalnim uvjetima (tlak od 1 bara i temperatura 25 stupnjeva Celzija).
Objasniti ovaj princip termodinamici, mi ćemo izračunati entalpiji reakcije za sagorijevanje metana (CH 4) prema formuli:
CH 4 (g) + 2O 2 (g) → CO 2 (g) + 2H 2 O (g)
Da bismo izračunali standardnu entalpiju reakcije, moramo pronaći standardne entalpije formiranja za svaki od reaktanata i produkata koji su uključeni u reakciju.
Obično ih se nalazi u prilogu ili u raznim mrežnim tablicama. Za ovu reakciju, potrebni su nam podaci:
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.
Imajte na umu da, budući da je u svom standardnom stanju, standardna entalpija stvaranja plina za kisik iznosi 0 kJ / mol.
U nastavku sažeto prikazujemo naše standardne entalpije formacije. Imajte na umu da, budući da su jedinice u kJ / mol, moramo pomnožiti stehiometrijske koeficijente u jednadžbi uravnotežene reakcije (Leaf Group Ltd, SF).
.DELTA.H Σ f ° (proizvodi).DELTA.H = f º CO 2 +2. DELTA.H f º H 2 O
Σ ΔH f º (proizvodi) = -1 (394 kjoul / mol) -2 (284 kjoul / mol) = -962 kjoul / mol
.DELTA.H Σ f ° (reaktanti). DELTA.H = f º CH 4 + AH f º O 2
Σ ΔH f º (reaktanti) = -75 kjoul / mol + 2 (0 kjoul / mol) = -75 kjoul / mol
Sada možemo pronaći standardnu entalpiju reakcije:
ΔH r ° = Σ ΔH f º (proizvodi) - Σ ΔH f º (reaktanti) = (- 962) - (- 75) =
ΔH r ° = - 887kJ / mol.
Reference
- Anne Marie Helmenstine. (2014., 11. lipnja). Entalpija definicije reakcije. Oporavak od thinkco-a: thinkco.com.
- (SF). Standardna entalpija reakcije. Oporavak od bezgraničnog: limitless.com.
- Cai, E. (2014, 11. ožujka). standardna toplina formacije. Oporavak od kemijskih statističara: chemicalstatistician.wordpress.com.
- Clark, J. (2013, svibanj). Različite definicije promjene entalpije. Oporavak od chemguide.co.uk: chemguide.co.uk.
- Jonathan Nguyen, GL (2017., 9. veljače). Standardna entalpija formacije. Oporavak s chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
- Leaf Group Ltd. (SF). Kako izračunati entalpije reakcije. Oporavak od znanstvenog rada: sciaching.com.
- Rachel Martin, EY (2014, 7. svibnja). Toplina reakcije. Oporavak s chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.