Wat is reactieverwarming?

de reactiewarmte of enthalpie van de reactie (ΔH) is de verandering in de enthalpie van een chemische reactie die optreedt bij een constante druk (Anne Marie Helmenstine, 2014).

Omdat enthalpie is afgeleid van druk, volume en interne energie, die alle toestandsfuncties zijn, is enthalpie ook een functie van de staat (Rachel Martin, 2014).

ΔH, of de enthalpie verandering verscheen als een maateenheid voor het berekenen van de energieverandering van een systeem toen het te moeilijk werd om de ΔU te vinden, of verandering in de interne energie van een systeem, gelijktijdig het meten van de hoeveelheid warmte en werk verwisselde.

Gegeven een constante druk is de enthalpieverandering gelijk aan de warmte en kan deze worden gemeten als ΔH = q.

De notatie ΔHº of ΔHº_r dan ontstaat om de precieze temperatuur en druk van de reactiewarmte te verklaren.

De standaard reactie enthalpie wordt gesymboliseerd door ΔHº of ΔHºrxn en kunnen zowel positieve als negatieve waarden aannemen. De eenheden voor ΔHº zijn kilojoules per mol, of kj / mol.

Vorig concept om de reactiewarmte te begrijpen: verschillen tussen ΔH en ΔHº_r.

Δ = vertegenwoordigt de verandering in enthalpie (enthalpie van de producten minus de enthalpie van de reactanten).

Een positieve waarde geeft aan dat de producten hogere enthalpie hebben, of dat het een endotherme reactie is (warmte is vereist).

Een negatieve waarde geeft aan dat de reactanten hogere enthalpie hebben, of dat het een exotherme reactie is (warmte wordt geproduceerd).

º = betekent dat de reactie een standaard enthalpieverandering is en plaatsvindt bij een vooraf ingestelde druk / temperatuur.

r = geeft aan dat deze verandering de enthalpie van de reactie is.

De standaardstatus: de standaardstatus van een vaste stof of vloeistof is de zuivere stof bij een druk van 1 bar of wat dezelfde 1 atmosfeer (105 Pa) en een temperatuur van 25 ° C is, of wat dezelfde 298 K is.

De ΔHº_r is de standaard reactiewarmte of standaardenthalpie van een reactie, en als ΔH meet ook de enthalpie van een reactie. ΔHºrxn vindt echter plaats onder "standaard" omstandigheden, wat betekent dat de reactie plaatsvindt bij 25ºC en 1 atm..

Het voordeel van een meting van ΔH onder standaardomstandigheden ligt in het vermogen om een ​​waarde van ΔH º met een andere te relateren, aangezien ze onder dezelfde omstandigheden voorkomen (Clark, 2013).

Warmte trainen

De standaard vormingswarmte, ΔH_Fº, van een chemische stof is de hoeveelheid warmte die wordt opgenomen of afgegeven door de vorming van 1 mol van die chemische stof bij 25 graden Celsius en 1 bar van de elementen in de standaardtoestand.

Een element bevindt zich in de standaardstaat als het in de meest stabiele vorm en de fysieke staat (vast, vloeibaar of gasvormig) is bij 25 graden Celsius en 1 bar (Jonathan Nguyen, 2017).

Bijvoorbeeld, de standaard vormingswarmte voor kooldioxide impliceert zuurstof en koolstof als reactanten.

Zuurstof is stabieler als gasmoleculen OF₂, terwijl koolstof stabieler is als massief grafiet. (Grafiet is stabieler dan diamant onder standaardomstandigheden.)

Om de definitie op een andere manier uit te drukken, is de standaard vormwarmte een speciaal type standaard warmteactie.

De reactie is de vorming van 1 mol van een chemische stof van zijn elementen in hun standaardtoestanden onder standaardomstandigheden.

De standaard warmte van de formatie wordt ook wel de standaardenthalpie van de formatie genoemd (hoewel het echt een verandering in de enthalpie is).

Per definitie zou de vorming van een element van zichzelf geen verandering in de enthalpie veroorzaken, dus de standaard reactiewarmte voor alle elementen is nul (Cai, 2014).

Berekening van de reactie-enthalpie

1- Experimentele berekening

De enthalpie kan experimenteel worden gemeten met behulp van een calorimeter. Een calorimeter is een instrument waarbij een monster wordt gereageerd via elektrische kabels die de activeringsenergie leveren. Het monster bevindt zich in een container omgeven door water dat constant schudt.

Bij het meten met een verandering van temperatuur die plaatsvindt bij het reageren van het monster, en het kennen van de specifieke warmte van het water en de massa, wordt de warmte die de reactie vrijmaakt of absorbeert berekend met behulp van de vergelijking q = Cesp x m x ΔT.

In deze vergelijking is q de warmte, Cesp is de soortelijke warmte in dit geval van het water die gelijk is aan 1 calorie per gram, m is de massa water en ΔT is de verandering in temperatuur.

De calorimeter is een geïsoleerd systeem dat een constante druk heeft, dus ΔH_r= q

2- Theoretische berekening

De enthalpie-verandering hangt niet af van het specifieke pad van een reactie, maar alleen van het totale energieniveau van de producten en reagentia. Enthalpie is een functie van de staat en is als zodanig additief.

Om de standaardenthalpie van een reactie te berekenen, kunnen we de standaardenthalpie van vorming van de reactanten toevoegen en deze aftrekken van de som van de standaardenthalpie van vorming van de producten (Boundless, S.F.). Mathematically gezegd, dit geeft ons:

AH_r° = Σ ΔH_Fº (producten) - Σ ΔH_Fº (reactanten).

De enthalpieën van reacties worden gewoonlijk berekend uit enthalpieën van reagensvorming onder normale omstandigheden (druk van 1 bar en temperatuur 25 graden Celsius).

Om dit thermodynamische principe te verklaren, berekenen we de enthalpie van de reactie voor de verbranding van methaan (CH₄) volgens de formule:

CH₄ (g) + 2O₂ (g) → CO₂ (g) + 2H₂O (g)

Om de standaard reactie enthalpie te berekenen, moeten we standaard enthalpie van de vorming op zoek naar elk van de reactanten en producten die betrokken zijn bij de reactie.

Deze zijn meestal te vinden in een appendix of in verschillende online tabellen. Voor deze reactie zijn de gegevens die we nodig hebben:

H_F° CH₄ (g) = -75 kjoul / mol.

H_Fº O₂ (g) = 0 kjoul / mol.

H_Fº CO₂ (g) = -394 kjoul / mol.

H_Fº H₂O (g) = -284 kjoul / mol.

Merk op dat, omdat het in zijn standaardstaat is, de standaardenthalpie van vorming voor zuurstofgas 0 kJ / mol is.

Vervolgens vatten we onze standaard enthalpies van training samen. Merk op dat, omdat de eenheden in kJ / mol zijn, we moeten vermenigvuldigen met de stoichiometrische coëfficiënten in de gebalanceerde reactievergelijking (Leaf Group Ltd, S.F.).

Σ ΔH_Fº (producten) = ΔH_Fº CO₂ +2 ΔH_Fº H₂O

Σ ΔH_Fº (producten) = -1 (394 kjoul / mol) -2 (284 kjoul / mol) = -962 kjoul / mol

Σ ΔH_Fº (reactanten) = ΔH_F° CH₄ + AH_Fº O₂

Σ ΔH_Fº (reactanten) = -75 kjoul / mol + 2 (0 kjoul / mol) = -75 kjoul / mol

Nu kunnen we de standaardenthalpie van de reactie vinden:

AH_r° = Σ ΔH_Fº (producten) - Σ ΔH_Fº (reactanten) = (- 962) - (- 75) =

AH_r° = - 887kJ / mol.

referenties

1. Anne Marie Helmenstine. (2014, 11 juni). Enthalpy of Reaction Definition. Opgehaald van thoughtco: thoughtco.com.
2. (S.F.). Standaard enthalpie van reactie. Hersteld van grenzeloos: boundless.com.
3. Cai, E. (2014, 11 maart). standaard vormingswarmte. Hersteld van chemicalstatistician: chemicalstatistician.wordpress.com.
4. Clark, J. (2013, mei). Verschillende enthalpie veranderdefinities. Opgehaald van chemguide.co.uk: chemguide.co.uk.
5. Jonathan Nguyen, G.L. (2017, 9 februari). Standaard enthalpie van formatie. Opgehaald in chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
6. Leaf Group Ltd. (S.F.). Hoe Enthalpies of Reaction te berekenen. Hersteld van sciencing: sciencing.com.
7. Rachel Martin, E. Y. (2014, 7 mei). Warmte van reactie. Opgehaald in chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.