- Tidligere konsept for å forstå reaksjonsvarmen: forskjeller mellom ΔH og ΔHº
- Formasjonsvarmen
- Beregning av reaksjonens entalpi
- 1- Eksperimentell beregning
- 2- Teoretisk beregning
- referanser
Den reaksjonsvarme eller entalpi i reaksjon (AH) er endringen i entalpi av en kjemisk reaksjon som skjer ved konstant trykk. Det er en termodynamisk måleenhet som er nyttig for å beregne mengden energi per mol som frigjøres eller produseres i en reaksjon.
Siden entalpi er avledet fra trykk, volum og indre energi, som alle er tilstandsfunksjoner, er entalpi også en tilstandsfunksjon.
ΔH, eller entalpien endringen dukket opp som en måleenhet beregnet til å beregne energibytte for et system når det ble for vanskelig å finne ΔU, eller endring i den indre energien i et system, samtidig måle mengden varme og arbeid forbyttet.
Gitt et konstant trykk, er entalpien endring lik varme og kan måles som ΔH = q.
Notasjonen ΔHº eller ΔHº r oppstår for å forklare den nøyaktige temperaturen og trykket på reaksjonsvarmen ΔH.
Standard entalpi av reaksjon er symbolisert av ΔHº eller ΔHºrxn og kan anta både positive og negative verdier. Enhetene for ΔHº er kiloJoule per mol eller kj / mol.
Tidligere konsept for å forstå reaksjonsvarmen: forskjeller mellom ΔH og ΔHº
Δ = representerer endringen i entalpi (entalpi av produkter minus entalpi av reaktanter).
En positiv verdi indikerer at produktene har høyere entalpi, eller at det er en endoterm reaksjon (varme kreves).
En negativ verdi indikerer at reaktantene har høyere entalpi, eller at det er en eksoterm reaksjon (varme produseres).
º = betyr at reaksjonen er en standard entalpiendring og skjer ved et forhåndsinnstilt trykk / temperatur.
r = betegner at denne endringen er entalpien til reaksjonen.
Standardtilstanden: standardtilstanden for et fast stoff eller en væske er det rene stoffet ved et trykk på 1 bar eller hva som er den samme 1 atmosfære (105 Pa) og en temperatur på 25 ° C, eller hva er den samme 298 K .
ΔHº r er standard reaksjonsvarme eller standard entalpi av en reaksjon, og i likhet med ΔH måler den også reaksjonens entalpi. Imidlertid skjer ΔHºrxn under "standard" forhold, noe som betyr at reaksjonen finner sted ved 25 ° C og 1 atm.
Fordelen med en ΔH-måling under standardbetingelser ligger i muligheten til å relatere en ΔHº-verdi til en annen, siden de forekommer under de samme forhold.
Formasjonsvarmen
Standardformasjonsvarmen, ΔH f º, av et kjemikalie er mengden varme som absorberes eller frigjøres fra dannelsen av 1 mol av det kjemikaliet ved 25 grader Celsius og 1 bar av dets elementer i standardtilstandene.
Et element er i standardtilstand hvis det er i sin mest stabile form og sin fysiske tilstand (fast, væske eller gass) ved 25 grader Celsius og 1 bar.
For eksempel involverer standarddannelsesvarmen for karbondioksid oksygen og karbon som reaktanter.
Oksygen er mer stabil som O to gassmolekyler , mens karbon er mer stabilt som fast grafitt. (Grafitt er mer stabilt enn diamant under standardbetingelser).
For å uttrykke definisjonen på en annen måte, er standardformasjonsvarmen en spesiell type standard reaksjonsvarme.
Reaksjonen er dannelse av 1 mol av et kjemikalie fra dets elementer i deres standardtilstander under standardbetingelser.
Standard formasjonsvarme kalles også standard entalpi av formasjon (selv om det faktisk er en endring i entalpi).
Per definisjon ville ikke dannelsen av et element i seg selv produsere noen endring i entalpi, så standardreaksjonsvarmen for alle elementene er null (Cai, 2014).
Beregning av reaksjonens entalpi
1- Eksperimentell beregning
Enthalpy kan måles eksperimentelt ved bruk av et kalorimeter. Et kalorimeter er et instrument der en prøve blir reagert gjennom elektriske kabler som gir aktiveringsenergien. Prøven er i en beholder omgitt av vann som kontinuerlig omrøres.
Ved å måle temperaturendringen som oppstår når prøven reagerer, og kjenne til den spesifikke varmen til vann og dens masse, beregnes varmen som frigjøres eller absorberes av reaksjonen ved å bruke ligningen q = Cesp xmx ΔT.
I denne ligningen er q varme, Cesp er den spesifikke varmen i dette tilfellet av vann som er lik 1 kalori per gram, m er massen av vann og ΔT er temperaturendringen.
Kalorimeteret er et isolert system som har et konstant trykk, så ΔH r = q
2- Teoretisk beregning
Forandringen i entalpien avhenger ikke av den spesielle reaksjonsveien, men bare av det globale energinivået til produktene og reaktantene. Enthalpy er en funksjon av tilstanden, og som sådan er den additiv.
For å beregne standard entalpien av en reaksjon, kan vi legge til standard entalpiene til dannelse av reaktantene og trekke den fra summen av standard entalpiene til dannelse av produktene (Boundless, SF). Angitt matematisk, dette gir oss:
.DELTA.H r ° = Σ. DELTA.H f ° (produkter) - Σ. DELTA.H f ° (reaktanter).
Enthalpies av reaksjoner beregnes vanligvis fra entalpier av reaktantdannelse under normale forhold (trykk på 1 bar og temperatur 25 grader Celsius).
For å forklare dette prinsipp av termodynamikk, vil vi beregne entalpien av reaksjonen for forbrenning av metan (CH 4 ) i henhold til formelen:
CH 4 (g) + 2O 2 (g) → CO 2 (g) + 2H 2 O (g)
For å beregne standard entalpien av reaksjonen, må vi finne standard entalpiene av dannelse for hver av reaktantene og produktene som er involvert i reaksjonen.
Disse finnes vanligvis i et vedlegg eller i forskjellige nettbaserte tabeller. For denne reaksjonen er dataene vi trenger:
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 ° H 2 O (g) = -284 kjoul / mol.
Vær oppmerksom på at fordi den er i standardtilstand, er standard entalpien av dannelse for oksygengass 0 kJ / mol.
Nedenfor oppsummerer vi standard enthalpier av dannelse. Merk at fordi enhetene er i kJ / mol, må vi multiplisere med de støkiometriske koeffisientene i den balanserte reaksjonsligningen (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 ° (reaktanter). 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
Nå kan vi finne standard entalpien av reaksjonen:
ΔH r ° = Σ ΔH f º (produkter) - Σ ΔH f º (reaktanter) = (- 962) - (- 75) =
ΔH r ° = - 887 kJ / mol.
referanser
- Anne Marie Helmenstine. (2014, 11. juni). Enthalpy of Reaction Definition. Gjenopprettet fra thoughtco: thoughtco.com.
- (SF). Standard enthalpy of Reaction. Gjenopprettet fra grenseløst: boundless.com.
- Cai, E. (2014, 11. mars). standard formasjonsvarme. Gjenopprettet fra chemicalstatistician: chemicalstatistician.wordpress.com.
- Clark, J. (2013, mai). Ulike definisjoner av entalpi endrer seg. Gjenopprettet fra chemguide.co.uk: chemguide.co.uk.
- Jonathan Nguyen, GL (2017, 9. februar). Standard entalpy av formasjon. Gjenopprettet fra chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
- Leaf Group Ltd. (SF). Slik beregner du reaksjonens entalpies. Gjenopprettet fra sciencing: sciencing.com.
- Rachel Martin, EY (2014, 7. mai). Reaksjonsvarmen. Gjenopprettet fra chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.