- Предишна концепция за разбиране на топлината на реакцията: разлики между ΔH и ΔHº
- Топлина на образуване
- Изчисляване на енталпията на реакцията
- 1- Експериментално изчисление
- 2- Теоретично изчисление
- Препратки
На топлината от реакцията или енталпията на реакцията (АН) е промяната в енталпията на химическа реакция, която се проявява при постоянно налягане. Това е термодинамична единица за измерване, полезна за изчисляване на количеството енергия на мол, което се освобождава или произвежда в реакция.
Тъй като енталпията се получава от налягане, обем и вътрешна енергия, всички от които са състояния, енталпията също е функция на състоянието.
ΔH или промяната на енталпията се появи като мерна единица, предназначена за изчисляване на промяната на енергията на система, когато стана твърде трудно да се намери ΔU, или промяна във вътрешната енергия на системата, като едновременно се измерва количеството топлина и работа разменени.
Като се има постоянно налягане, промяната на енталпията се равнява на топлина и може да бъде измерена като ΔH = q.
След това обозначаването ΔHº или ΔHº r възниква, за да се обясни точната температура и налягане на топлината на реакцията ΔH.
Стандартната енталпия на реакцията се символизира с ΔHº или ΔHºrxn и може да приеме както положителни, така и отрицателни стойности. Единиците за ΔHº са кило джоули на мол или kj / мол.
Предишна концепция за разбиране на топлината на реакцията: разлики между ΔH и ΔHº
Δ = представлява промяната в енталпията (енталпия на продуктите, минус енталпията на реагентите).
Положителна стойност показва, че продуктите имат по-висока енталпия или че е ендотермична реакция (необходима е топлина).
Отрицателна стойност показва, че реагентите имат по-висока енталпия или че това е екзотермична реакция (отделя се топлина).
º = означава, че реакцията е стандартна промяна на енталпията и протича при предварително зададено налягане / температура.
r = означава, че тази промяна е енталпията на реакцията.
Стандартно състояние: стандартното състояние на твърдо или течно вещество е чистата субстанция при налягане от 1 бар или същата 1 атмосфера (105 Па) и температура 25 ° С, или същата 298 К,
ΔHº r е стандартната топлина на реакцията или стандартната енталпия на реакцията и подобно на ΔH също измерва енталпията на реакцията. Въпреки това, ΔHºrxn протича при "стандартни" условия, което означава, че реакцията протича при 25 ° С и 1 атм.
Ползата от измерването на ΔH при стандартни условия се състои в способността да се свърже една стойност на ΔHº с друга, тъй като те се случват при същите условия.
Топлина на образуване
Стандартната топлина на образуване, ΔH f º, на химикал е количеството топлина, погълната или освободена от образуването на 1 мол от това химично вещество при 25 градуса по Целзий и 1 бар от неговите елементи в стандартните им състояния.
Елементът е в стандартното си състояние, ако е в най-стабилната си форма и физическото му състояние (твърдо, течно или газово) при 25 градуса по Целзий и 1 бар.
Например, стандартната топлина на образуване на въглероден диоксид включва кислород и въглерод като реагенти.
Кислородът е по-стабилна като О 2 газови молекули, докато въглерод е по-стабилна като твърдо вещество графит. (Графитът е по-стабилен от диаманта при стандартни условия).
За да се изрази определението по друг начин, стандартната топлина на образуване е специален тип стандартна топлина на реакция.
Реакцията е образуването на 1 мол химикал от неговите елементи в техните стандартни състояния при стандартни условия.
Стандартната топлина на образуване се нарича още стандартна енталпия на образуването (въпреки че всъщност това е промяна в енталпията).
По дефиниция самото образуване на елемент не би довело до промяна в енталпията, така че стандартната топлина на реакция за всички елементи е нула (Cai, 2014).
Изчисляване на енталпията на реакцията
1- Експериментално изчисление
Енталпията може да бъде измерена експериментално с помощта на калориметър. Калориметърът е инструмент, при който пробата реагира чрез електрически кабели, които осигуряват енергия за активиране. Пробата е в контейнер, заобиколен от вода, който непрекъснато се разбърква.
Чрез измерване с промяна на температурата, която настъпва, когато пробата реагира и като се знае специфичната топлина на водата и нейната маса, топлината, отделена или погълната от реакцията, се изчислява с помощта на уравнението q = Cesp xmx ΔT.
В това уравнение q е топлина, Cesp е специфичната топлина в този случай на вода, която е равна на 1 калория на грам, m е масата на водата и ΔT е изменението на температурата.
Калориметърът е изолирана система, която има постоянно налягане, така че ΔH r = q
2- Теоретично изчисление
Промяната на енталпията не зависи от конкретния път на реакцията, а само от глобалното енергийно ниво на продуктите и реагентите. Енталпията е функция на състоянието и като такава е адитивна.
За да изчислим стандартната енталпия на реакцията, можем да добавим стандартните енталпии на образуването на реагентите и да я извадим от сумата от стандартните енталпии на образуване на продуктите (Boundless, SF). Изразено математически, това ни дава:
.DELTA.H r ° = Σ. DELTA.H f ° (продукти) - Σ.DELTA.H f ° (реагенти).
Енталпиите на реакциите обикновено се изчисляват от енталпии на образуване на реагенти при нормални условия (налягане 1 bar и температура 25 градуса по Целзий).
За да обясним този принцип на термодинамиката, ще изчислим енталпията на реакцията за изгаряне на метан (СН 4) съгласно формулата:
CH 4 (g) + 20O 2 (g) → CO 2 (g) + 2H 2 O (g)
За да изчислим стандартната енталпия на реакцията, трябва да намерим стандартните енталпии на образуване за всеки от реагентите и продуктите, участващи в реакцията.
Те обикновено се намират в приложение или в различни онлайн таблици. За тази реакция данните, от които се нуждаем, са:
Н е ° CH 4 (г) = -75 kjoul / мол.
H f º O 2 (g) = 0 kjoul / mol.
H f ° CO 2 (g) = -394 kjoul / mol.
Н е º H 2 O (г) = -284 kjoul / мол.
Обърнете внимание, че тъй като е в стандартното си състояние, стандартната енталпия на образуването на кислороден газ е 0 kJ / mol.
По-долу обобщаваме нашите стандартни енталпии на формацията. Обърнете внимание, че тъй като единиците са в kJ / mol, трябва да умножим по стехиометричните коефициенти в уравнението на балансирана реакция (Leaf Group Ltd, SF).
.DELTA.H Σ f ° (продукти).DELTA.H = f º CO 2 +2. DELTA.H f º H 2 O
Σ ΔH f º (продукти) = -1 (394 kjoul / mol) -2 (284 kjoul / mol) = -962 kjoul / mol
.DELTA.H Σ f ° (реагенти). DELTA.H = f º CH 4 + AH f º O 2
Σ ΔH f º (реагенти) = -75 kjoul / mol + 2 (0 kjoul / mol) = -75 kjoul / mol
Сега можем да намерим стандартната енталпия на реакцията:
ΔH r ° = Σ ΔH f º (продукти) - Σ ΔH f º (реагенти) = (- 962) - (- 75) =
ΔH r ° = - 887kJ / mol.
Препратки
- Ан Мари Хелменстин. (2014 г., 11 юни). Енталпия на дефиницията на реакцията. Възстановено от thinkco: thinkco.com.
- (SF). Стандартна енталпия на реакцията. Възстановени от безграничен: limitless.com.
- Cai, E. (2014, 11 март). стандартна топлина на образуване. Възстановен от химикал: химичен статистик.wordpress.com.
- Кларк, Дж. (2013, май). Различни дефиниции за промяна на енталпията. Възстановено от chemguide.co.uk: chemguide.co.uk.
- Джонатан Нгуен, GL (2017, 9 февруари). Стандартна енталпия на формацията. Възстановено от chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
- Leaf Group Ltd. (SF). Как се изчислява енталпията на реакцията. Възстановени от sciaching: sciaching.com.
- Рейчъл Мартин, EY (2014, 7 май). Топлина на реакцията. Възстановено от chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.