Что такое реакция тепла?

тепло реакции или энтальпия реакции (ΔH) - это изменение энтальпии химической реакции, которая происходит при постоянном давлении (Anne Marie Helmenstine, 2014).

Поскольку энтальпия получается из давления, объема и внутренней энергии, которые являются функциями состояния, энтальпия также является функцией состояния (Rachel Martin, 2014).

ΔH, или изменение энтальпии, появилось как единица измерения для расчета изменения энергии системы, когда стало слишком трудно найти ΔU, или изменение внутренней энергии системы, одновременно измеряя количество тепла и работу поменять местами.

При постоянном давлении изменение энтальпии равно теплу и может быть измерено как ΔH = q.

Обозначения ΔHº или ΔHº_р Затем возникает, чтобы объяснить точную температуру и давление тепла реакции ΔH.

Стандартная энтальпия реакции обозначается как ΔHº или ΔHºrxn и может принимать как положительные, так и отрицательные значения. Единицами ΔHº являются килоджоули на моль или кДж / моль.

Предыдущая концепция, чтобы понять тепло реакции: различия между ΔH и ΔHº_р.

= Представляет изменение энтальпии (энтальпия продуктов минус энтальпия реагентов).

Положительное значение указывает на то, что продукты имеют более высокую энтальпию или что это эндотермическая реакция (требуется нагрев).

Отрицательное значение указывает на то, что реагенты имеют более высокую энтальпию или что это экзотермическая реакция (выделяется тепло).

º = означает, что реакция представляет собой стандартное изменение энтальпии и происходит при заданном давлении / температуре.

r = обозначает, что это изменение является энтальпией реакции.

Стандартное состояние: стандартным состоянием твердого или жидкого вещества является чистое вещество при давлении 1 бар или что такое же 1 атмосфера (105 Па) и температуре 25 ° C, или то же самое 298 K.

ΔHº_р является стандартной теплотой реакции или стандартной энтальпией реакции, и в качестве ΔH также измеряется энтальпия реакции. Однако ΔHºrxn имеет место в «стандартных» условиях, что означает, что реакция происходит при 25ºC и 1 атм..

Преимущество измерения ΔH в стандартных условиях заключается в способности связывать значение ΔHº с другим, поскольку они происходят в одинаковых условиях (Clark, 2013).

Тренировочная жара

Стандартная теплота формования, ΔH_Fº, химического вещества - это количество тепла, поглощенного или выделенного от образования 1 моля этого химического вещества при 25 градусах Цельсия и 1 бара его элементов в его стандартных состояниях.

Элемент находится в своем стандартном состоянии, если он находится в его наиболее стабильной форме и его физическом состоянии (твердом, жидком или газообразном) при 25 градусах Цельсия и 1 баре (Jonathan Nguyen, 2017).

Например, стандартная теплота образования для углекислого газа подразумевает кислород и углерод в качестве реагентов.

Кислород более стабилен, чем молекулы газа ИЛИ₂, в то время как углерод более стабилен как твердый графит. (Графит более стабилен, чем алмаз в стандартных условиях.)

Чтобы выразить определение по-другому, стандартная теплота образования - это особый тип стандартной тепловой реакции..

Реакция - это образование 1 моля химического вещества из его элементов в их стандартных состояниях при стандартных условиях..

Стандартная теплота пласта также называется стандартной энтальпией пласта (хотя на самом деле это изменение энтальпии).

По определению, формирование самого элемента не приведет к изменению энтальпии, поэтому стандартная теплота реакции для всех элементов равна нулю (Cai, 2014)..

Расчет энтальпии реакции

1- Экспериментальный расчет

Энтальпия может быть измерена экспериментально с использованием калориметра. Калориметр - это инструмент, в котором образец реагирует через электрические кабели, которые обеспечивают энергию активации. Образец находится в контейнере, окруженном водой, которая постоянно встряхивает.

При измерении с изменением температуры, которое имеет место при реакции образца, и зная удельную теплоемкость воды и ее массы, тепло, которое выделяет или поглощает реакцию, рассчитывается по уравнению q = Cesp x m x ΔT.

В этом уравнении q - это тепло, Cesp - это удельная теплоемкость воды в данном случае, равная 1 калории на грамм, m - это масса воды, а ΔT - это изменение температуры..

Калориметр представляет собой изолированную систему, которая имеет постоянное давление, поэтому ΔH_р= q

2- Теоретический расчет

Изменение энтальпии зависит не от конкретного пути реакции, а только от общего уровня энергии продуктов и реагентов. Энтальпия является функцией состояния и, как таковая, является аддитивной.

Чтобы рассчитать стандартную энтальпию реакции, мы можем сложить стандартные энтальпии образования реагентов и вычесть ее из суммы стандартных энтальпий образования продуктов (Boundless, S.F.). Сказано математически, это дает нам:

.DELTA.H_р° = Σ ΔH_Fº (продукты) - Σ ΔH_Fº (реагенты).

Энтальпии реакций обычно рассчитывают по энтальпиям образования реагента при нормальных условиях (давление 1 бар и температура 25 градусов Цельсия).

Чтобы объяснить этот принцип термодинамики, мы рассчитаем энтальпию реакции при сжигании метана (СН₄) по формуле:

СН₄ (г) +20₂ (ж) → СО₂ (г) + 2Н₂O (г)

Чтобы рассчитать стандартную энтальпию реакции, нам нужно искать стандартные энтальпии образования для каждого из реагентов и продуктов, участвующих в реакции..

Они обычно находятся в приложении или в нескольких онлайн-таблицах. Для этой реакции нам нужны следующие данные:

H_Fº СН₄ (г) = -75 кДж / моль.

H_Fº O₂ (г) = 0 кДжоул / моль.

H_Fº СО₂ (г) = -394 кДжул / моль.

H_Fº H₂O (г) = -284 кДжул / моль.

Обратите внимание, что, поскольку он находится в своем стандартном состоянии, стандартная энтальпия образования для газообразного кислорода составляет 0 кДж / моль..

Далее мы суммируем наши стандартные энтальпии обучения. Обратите внимание, что, поскольку единицы выражены в кДж / моль, нам нужно умножить на стехиометрические коэффициенты в уравнении сбалансированной реакции (Leaf Group Ltd, S.F.).

Σ ΔH_Fº (продукты) = ΔH_Fº СО₂ +2 ΔH_Fº H₂О

Σ ΔH_Fº (продукты) = -1 (394 кДж / моль) -2 (284 кДж / моль) = -962 кюль / моль

Σ ΔH_Fº (реагенты) = ΔH_Fº СН₄ + .DELTA.H_Fº O₂

Σ ΔH_Fº (реагенты) = -75 кДж / моль + 2 (0 кДж / моль) = -75 кДж / моль

Теперь мы можем найти стандартную энтальпию реакции:

.DELTA.H_р° = Σ ΔH_Fº (продукты) - Σ ΔH_Fº (реагенты) = (- 962) - (- 75) =

.DELTA.H_р° = - 887 кДж / моль.

ссылки

1. Энн Мари Хельменстин. (2014, 11 июня). Энтальпия определения реакции. Извлечено из мысли.
2. (S.F.). Стандартная энтальпия реакции. Восстановлено без границ: boundless.com.
3. Cai, E. (2014, 11 марта). стандартная теплота формирования. Извлеченный из химикстатистик: chemicalstatistician.wordpress.com.
4. Кларк Дж. (2013, май). Различные определения изменения энтальпии. Получено от chemguide.co.uk: chemguide.co.uk.
5. Джонатан Нгуен, Дж. Л. (2017, 9 февраля). Стандартная энтальпия образования. Получено с сайта chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
6. Leaf Group Ltd. (S.F.). Как рассчитать энтальпии реакции. Взято из науки: sciencing.com.
7. Рэйчел Мартин, Э. Й. (2014, 7 мая). Теплота Реакции. Получено с сайта chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.