- Tidigare koncept för att förstå reaktionsvärmen: skillnader mellan ΔH och ΔHº
- Formationsvärme
- Beräkning av reaktionens entalpi
- 1- Experimentell beräkning
- 2- Teoretisk beräkning
- referenser
Den reaktionsvärme eller entalpin för reaktion (AH) är förändringen i entalpi av en kemisk reaktion som inträffar vid konstant tryck. Det är en termodynamisk måttenhet som är användbar för att beräkna mängden energi per mol som frigörs eller produceras i en reaktion.
Eftersom entalpi härrör från tryck, volym och inre energi, som alla är tillståndsfunktioner, är entalpi också en tillståndsfunktion.
ΔH, eller entalpinförändringen framkom som en måttenhet avsedd att beräkna energiförändringen i ett system när det blev för svårt att hitta ΔU, eller förändra den inre energin i ett system, samtidigt mäta mängden värme och arbete utbytas.
Med ett konstant tryck är entalpinförändringen lika med värme och kan mätas som ΔH = q.
Notationen ΔHº eller ΔHº r uppstår sedan för att förklara den exakta temperaturen och trycket på reaktionsvärmen ΔH.
Normal entalpi av reaktion symboliseras av ΔHº eller ΔHºrxn och kan anta både positiva och negativa värden. Enheterna för ΔHº är kiloJoules per mol eller kj / mol.
Tidigare koncept för att förstå reaktionsvärmen: skillnader mellan ΔH och ΔHº
Δ = representerar förändringen i entalpi (entalpi av produkter minus entalpi av reaktanter).
Ett positivt värde indikerar att produkterna har högre entalpi eller att det är en endoterm reaktion (värme krävs).
Ett negativt värde indikerar att reaktanterna har högre entalpi eller att det är en exoterm reaktion (värme produceras).
º = betyder att reaktionen är en standard entalpiförändring och sker vid ett förinställt tryck / temperatur.
r = anger att denna förändring är reaktionens entalpi.
Standardtillståndet: standardtillståndet för ett fast ämne eller vätska är det rena ämnet vid ett tryck på 1 bar eller vad som är samma 1 atmosfär (105 Pa) och en temperatur på 25 ° C, eller vad är samma 298 K .
ΔH r r är standardreaktionsvärme eller standard entalpi för en reaktion, och som ΔH mäter den också reaktionens entalpi. Emellertid sker ΔHºrxn under "standard" -förhållanden, vilket innebär att reaktionen äger rum vid 25 ° C och 1 atm.
Fördelen med en ΔH-mätning under standardförhållanden ligger i förmågan att relatera ett ΔHº-värde till ett annat, eftersom de förekommer under samma förhållanden.
Formationsvärme
Formationsvärmen, ΔH f º, för en kemikalie är mängden värme som absorberas eller frigörs från bildningen av 1 mol av den kemikalien vid 25 grader Celsius och 1 bar av dess element i sina standardtillstånd.
Ett element är i sitt standardtillstånd om det är i sin mest stabila form och dess fysiska tillstånd (fast, flytande eller gas) vid 25 grader Celsius och 1 bar.
Till exempel involverar standardbildningsvärmen för koldioxid syre och kol som reaktanter.
Syre är mer stabil som O 2 gasmolekyler , medan kol är mer stabil som fast grafit. (Grafit är mer stabil än diamant under standardförhållanden).
För att uttrycka definitionen på ett annat sätt är standardformationsvärmen en speciell typ av reaktionsvärme.
Reaktionen är bildandet av 1 mol av en kemikalie från dess element i deras standardtillstånd under standardförhållanden.
Standardvärme för bildning kallas också standard entalpi för bildning (även om det faktiskt är en förändring i entalpi).
Per definition skulle bildandet av ett själva element inte ge någon förändring i entalpin, så att reaktionsvärmen för alla element är noll (Cai, 2014).
Beräkning av reaktionens entalpi
1- Experimentell beräkning
Enthalpy kan mätas experimentellt med hjälp av en kalorimeter. En kalorimeter är ett instrument där ett prov reageras genom elektriska kablar som ger aktiveringsenergin. Provet ligger i en behållare omgiven av vatten som hela tiden omrörs.
Genom att mäta den temperaturförändring som inträffar när provet reagerar och känner till det specifika vattenvärme och dess massa, beräknas värmen som frigörs eller absorberas av reaktionen med ekvationen q = Cesp xmx ΔT.
I denna ekvation är q värme, Cesp är den specifika värmen i detta fall av vatten som är lika med 1 kalori per gram, m är massan av vatten och ΔT är temperaturförändringen.
Kalorimetern är ett isolerat system som har ett konstant tryck, så ΔH r = q
2- Teoretisk beräkning
Förändringen i entalpin beror inte på den specifika reaktionsvägen, utan endast på produkternas och reaktanternas globala energinivå. Enthalpy är en funktion av tillståndet, och som sådan är den tillsats.
För att beräkna standard entalpin för en reaktion kan vi lägga till standard entalpier av bildning av reaktanterna och subtrahera den från summan av standard entalpier för bildning av produkterna (Boundless, SF). Matematisk angiven ger detta:
.DELTA.H r ° = Σ. DELTA.H f ° (produkter) - Σ. DELTA.H f ° (reaktanter).
Reaktionens entalpier beräknas vanligtvis utifrån entalpier av reaktantbildning under normala förhållanden (tryck på 1 bar och temperatur 25 grader Celsius).
För att förklara denna princip om termodynamik, kommer vi att beräkna entalpin av reaktionen för förbränning av metan (CH 4 ) i enlighet med formeln:
CH 4 (g) + 2O 2 (g) → CO 2 (g) + 2H 2 O (g)
För att beräkna standard entalpin för reaktionen, måste vi hitta standard entalpierna för bildning för var och en av reaktanterna och produkterna som är involverade i reaktionen.
Dessa finns vanligtvis i en bilaga eller i olika online-tabeller. För denna reaktion är de data vi behöver:
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.
Observera att eftersom det är i dess standardtillstånd är standard entalpin för bildning av syregas 0 kJ / mol.
Nedan sammanfattar vi våra vanliga entalpier av bildning. Observera att eftersom enheterna är i kJ / mol måste vi multiplicera med de stökiometriska koefficienterna i den balanserade reaktionsekvationen (Leaf Group Ltd, SF).
.DELTA.H Σ f ° (produkter) .DELTA.H = f ° 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 ° CH 4 + AH f ° O 2
Σ ΔH f º (reaktanter) = -75 kjoul / mol + 2 (0 kjoul / mol) = -75 kjoul / mol
Nu kan vi hitta standard entalpin för reaktionen:
ΔH r ° = Σ ΔH f º (produkter) - Σ ΔH f º (reaktanter) = (- 962) - (- 75) =
ΔH r ° = - 887 kJ / mol.
referenser
- Anne Marie Helmenstine. (2014, 11 juni). Enthalpy of Reaction Definition. Återställd från thoughtco: thoughtco.com.
- (SF). Standard entalpy of Reaction. Återställd från gränslös: boundless.com.
- Cai, E. (2014, 11 mars). standardbildningsvärme. Återställs från Chemicalstatistician: Chemicalstatistician.wordpress.com.
- Clark, J. (2013, maj). Olika definitioner av entalpi ändras. Återställs från chemguide.co.uk: chemguide.co.uk.
- Jonathan Nguyen, GL (2017, 9 februari). Standard Enthalpy of Formation. Återställs från chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
- Leaf Group Ltd. (SF). Hur man beräknar reaktionens entalpies. Återställd från sciencing: sciencing.com.
- Rachel Martin, EY (2014, 7 maj). Reaktionsvärme. Återställs från chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.