- Tidligere koncept for at forstå reaktionsvarmen: forskelle mellem ΔH og ΔHº
- Formationsvarme
- Beregning af reaktionens entalpi
- 1- Eksperimentel beregning
- 2- Teoretisk beregning
- Referencer
Den Reaktionsvarmen eller enthalpi af reaktion (AH) er ændringen i enthalpi af et kemisk reaktion, der opstår ved konstant tryk. Det er en termodynamisk måleenhed, der er nyttig til beregning af mængden af energi pr. Mol, der frigives eller produceres i en reaktion.
Da entalpi stammer fra tryk, volumen og indre energi, som alle er tilstandsfunktioner, er entalpi også en tilstandsfunktion.
ΔH, eller entalpien ændrede sig som en måleenhed beregnet til at beregne energisænkningen i et system, når det blev for svært at finde ΔU, eller ændring i et systems indre energi, samtidig med at måle mængden af varme og arbejde ombyttes.
Givet et konstant tryk er entalpinændringen lig med varme og kan måles som ΔH = q.
Notationen ΔHº eller ΔHº r opstår derefter for at forklare den nøjagtige temperatur og tryk på reaktionsvarmen ΔH.
Normal entalpi af reaktion er symboliseret med ΔHº eller ΔHºrxn og kan antage både positive og negative værdier. Enhederne for ΔHº er kiloJoules pr. Mol eller kj / mol.
Tidligere koncept for at forstå reaktionsvarmen: forskelle mellem ΔH og ΔHº
Δ = repræsenterer ændringen i enthalpi (enthalpi af produkter minus entalpi af reaktanter).
En positiv værdi indikerer, at produkterne har højere entalpi, eller at det er en endoterm reaktion (der kræves varme).
En negativ værdi indikerer, at reaktanterne har højere entalpi, eller at det er en eksoterm reaktion (der produceres varme).
º = betyder, at reaktionen er en standard entalpiændring og forekommer ved et forudindstillet tryk / temperatur.
r = betegner, at denne ændring er reaktionens entalpi.
Standardtilstanden: standardtilstanden for et fast stof eller en væske er det rene stof ved et tryk på 1 bar eller hvad der er den samme 1 atmosfære (105 Pa) og en temperatur på 25 ° C, eller hvad der er den samme 298 K.
ΔH º r er standardreaktionsvarmen eller standard enthalpien af en reaktion, og ligesom ΔH måler den også en reaktions entalpi. ΔHºrxn finder imidlertid sted under "standard" -betingelser, hvilket betyder, at reaktionen finder sted ved 25 ° C og 1 atm.
Fordelen ved en ΔH-måling under standardbetingelser ligger i evnen til at relatere en ΔHº-værdi til en anden, da de forekommer under de samme forhold.
Formationsvarme
Normal dannelsesvarme, ΔH f º, af et kemikalie er den mængde varme, der absorberes eller frigøres fra dannelsen af 1 mol af det kemikalie ved 25 grader Celsius og 1 bar af dets elementer i deres standardtilstande.
Et element er i sin standardtilstand, hvis det er i sin mest stabile form og dets fysiske tilstand (fast, væske eller gas) ved 25 grader Celsius og 1 bar.
F.eks. Involverer standarddannelsesvarmen for kuldioxid oxygen og kulstof som reaktanter.
Oxygen er mere stabil som O 2 gasmolekyler, mens carbon er mere stabil som fast grafit. (Grafit er mere stabil end diamant under standardbetingelser).
For at udtrykke definitionen på en anden måde er standarddannelsesvarmen en speciel type standard reaktionsvarme.
Reaktionen er dannelsen af 1 mol af et kemikalie fra dets elementer i deres standardtilstande under standardbetingelser.
Standard dannelsesvarmen kaldes også standard enthalpien til dannelse (selvom det faktisk er en ændring i entalpien).
Per definition ville dannelsen af et element i sig selv ikke frembringe nogen ændring i entalpi, så standardreaktionsvarmen for alle elementer er nul (Cai, 2014).
Beregning af reaktionens entalpi
1- Eksperimentel beregning
Enthalpy kan måles eksperimentelt ved hjælp af et kalorimeter. Et kalorimeter er et instrument, hvor en prøve reageres gennem elektriske kabler, der giver aktiveringsenergien. Prøven er i en beholder omgivet af vand, der konstant omrøres.
Ved at måle temperaturændringen, der forekommer, når prøven reagerer, og kende den specifikke vandvarme og dens masse, beregnes den frigivne eller absorberede varme ved hjælp af ligningen q = Cesp xmx ΔT.
I denne ligning er q varme, Cesp er den specifikke varme i dette tilfælde af vand, der er lig med 1 kalorie pr. Gram, m er massen af vand og ΔT er ændringen i temperatur.
Kalorimeteret er et isoleret system, der har et konstant tryk, så ΔH r = q
2- Teoretisk beregning
Ændringen i entalpien afhænger ikke af den særlige reaktionsvej, men kun af det globale energiniveau for produkterne og reaktanterne. Enthalpy er en funktion af tilstanden, og som sådan er den additiv.
For at beregne standard enthalpien for en reaktion kan vi tilføje standard enthalpierne til dannelse af reaktanterne og trække den fra summen af standard enthalpierne til dannelse af produkterne (Boundless, SF). Angivet matematisk giver dette os:
.DELTA.H r ° = Σ. DELTA.H f ° (produkter) - Σ. DELTA.H f ° (reaktanter).
Enthalpier af reaktioner beregnes normalt ud fra entalpier af reaktantdannelse under normale forhold (tryk på 1 bar og temperatur 25 grader Celsius).
For at forklare dette princip om termodynamik, vil vi beregne enthalpien af reaktionen til forbrænding af methan (CH 4) ifølge formlen:
CH 4 (g) + 2O 2 (g) → CO 2 (g) + 2H 2 O (g)
For at beregne standard enthalpien af reaktionen er vi nødt til at finde standard enthalpier af dannelse for hver af reaktanterne og produkterne involveret i reaktionen.
Disse findes normalt i et appendiks eller i forskellige onlineborde. Til denne reaktion er de data, vi har brug for:
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.
Bemærk, at fordi det er i sin standardtilstand, er dannelsen af dannelse af iltgas til standardgas 0 kJ / mol.
Nedenfor opsummerer vi vores standard enthalpier af dannelse. Bemærk, at fordi enhederne er i kJ / mol, er vi nødt til at formere sig med de støkiometriske koefficienter i den afbalancerede reaktionsligning (Leaf Group Ltd, SF).
.DELTA.H Σ f ° (produkter).DELTA.H = f º CO 2 +2.DELTA.H f º H 2 O
Σ ΔH f º (produkter) = -1 (394 kjoul / mol) -2 (284 kjoul / mol) = -962 kjoul / mol
.DELTA.H Σ f ° (reaktanterne).DELTA.H = f º CH 4 + AH f º O 2
Σ ΔH f º (reaktanter) = -75 kjoul / mol + 2 (0 kjoul / mol) = -75 kjoul / mol
Nu kan vi finde den standard entalpi af reaktionen:
ΔH r ° = Σ ΔH f º (produkter) - Σ ΔH f º (reaktanter) = (- 962) - (- 75) =
ΔH r ° = - 887 kJ / mol.
Referencer
- Anne Marie Helmenstine. (2014, 11. juni). Enthalpy of Reaction Definition. Gendannes fra thoughtco: thoughtco.com.
- (SF). Standard enthalpy of Reaction. Gendannes fra grænseløs: boundless.com.
- Cai, E. (2014, 11. marts). standard dannelsesvarme. Gendannes fra Chemicalstatistician: Chemicalstatistician.wordpress.com.
- Clark, J. (2013, maj). Forskellige entalpi ændrer definitioner. Gendannes fra chemguide.co.uk: chemguide.co.uk.
- Jonathan Nguyen, GL (2017, 9. februar). Standard enthalpy of formation. Gendannes fra chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
- Leaf Group Ltd. (SF). Sådan beregnes enthalpies af reaktion. Gendannes fra sciencing: sciencing.com.
- Rachel Martin, EY (2014, 7. maj). Reaktionsvarme. Gendannes fra chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.