Co je reakční teplo?

reakční teplo nebo entalpie reakce (ΔH) je změna entalpie chemické reakce, ke které dochází při stálém tlaku (Anne Marie Helmenstine, 2014).

Jelikož entalpie je odvozena od tlaku, objemu a vnitřní energie, což jsou všechny stavové funkce, entalpie je také funkcí stavu (Rachel Martin, 2014).

AH, nebo změna entalpie se objevila jako měrná jednotka pro výpočet změny energie systému, když bylo příliš obtížné najít ΔU nebo změnu vnitřní energie systému a současně měřit množství tepla a práce. vyměněny.

Při konstantním tlaku se změna entalpie rovná teplu a může být měřena jako ΔH = q.

Označení ΔHº nebo ΔHº_r pak vyvstává vysvětlení přesné teploty a tlaku reakčního tepla ΔH.

Standardní entalpie reakce je symbolizována ΔHº nebo ΔHºrxn a může převzít kladné i záporné hodnoty. Jednotky pro ΔHº jsou kilojouly na mol nebo kj / mol.

Předchozí koncept pro pochopení reakčního tepla: rozdíly mezi ΔH a ΔHº_r.

Δ = představuje změnu entalpie (entalpie produktů mínus entalpie reaktantů).

Kladná hodnota znamená, že produkty mají vyšší entalpii, nebo že se jedná o endotermní reakci (vyžaduje se teplo)..

Záporná hodnota indikuje, že reaktanty mají vyšší entalpii, nebo že se jedná o exotermní reakci (vzniká teplo).

º = znamená, že reakce je standardní změnou entalpie a nastane při předem nastaveném tlaku / teplotě.

r = označuje, že tato změna je entalpie reakce.

Standardní stav: standardní stav pevné látky nebo kapaliny je čistá látka při tlaku 1 bar nebo stejná 1 atmosféra (105 Pa) a teplotě 25 ° C nebo stejná hodnota 298 K.

ΔHº_r je standardní teplo reakce nebo standardní entalpie reakce a jako AH také měří entalpii reakce. Nicméně, ΔHºrxn probíhá za "standardních" podmínek, což znamená, že reakce probíhá při 25 ° C a 1 atm..

Přínos měření ΔH za standardních podmínek spočívá ve schopnosti spojit hodnotu ΔHº s jinou, protože se vyskytují za stejných podmínek (Clark, 2013).

Tréninkové teplo

Standardní teplo tvorby, AH_fº chemické látky je množství tepla absorbovaného nebo uvolněného z tvorby 1 molu této chemické látky při teplotě 25 ° C a 1 bar jeho prvků ve standardních stavech.

Prvek je ve svém standardním stavu, pokud je ve své nejstabilnější formě a fyzikálním stavu (tuhý, kapalný nebo plynný) při teplotě 25 ° C a 1 bar (Jonathan Nguyen, 2017)..

Například, standardní teplo tvorby pro oxid uhličitý implikuje kyslík a uhlík jako reaktanty.

Kyslík je stabilnější jako molekuly plynu OR₂, zatímco uhlík je stabilnější jako tuhý grafit. (Grafit je stabilnější než diamant za standardních podmínek.)

Pro vyjádření této definice jiným způsobem je standardní formovací teplo zvláštním typem standardní tepelné reakce.

Reakcí je tvorba 1 mol chemické látky jejích prvků ve standardních podmínkách za standardních podmínek.

Standardní teplo formace je také nazýváno standardní entalpií formace (ačkoli to je opravdu změna v entalpii) \ t.

Podle definice by vytvoření elementu samo o sobě nevedlo k žádné změně entalpie, takže standardní teplo reakce pro všechny prvky je nulové (Cai, 2014).

Výpočet entalpie reakce

1 - Experimentální výpočet

Entalpie může být měřena experimentálně pomocí kalorimetru. Kalorimetr je nástroj, kde vzorek reaguje prostřednictvím elektrických kabelů, které poskytují aktivační energii. Vzorek je v nádobě obklopené vodou, která je neustále třepána.

Při měření se změnou teploty, ke které dochází při reakci vzorku, a s vědomím specifického tepla vody a její hmotnosti, se teplo, které uvolňuje nebo absorbuje reakci, vypočítá pomocí rovnice q = Cesp x m x ΔT.

V této rovnici q je teplo, Cesp je specifické teplo v tomto případě vody, která se rovná 1 kalorii na gram, m je hmotnost vody a ΔT je změna teploty.

Kalorimetr je izolovaný systém, který má konstantní tlak, takže ΔH_r= q

2- Teoretický výpočet

Změna entalpie nezávisí na konkrétní cestě reakce, ale pouze na celkové energetické úrovni produktů a činidel. Entalpie je funkcí státu a jako taková je aditivní.

Pro výpočet standardní entalpie reakce můžeme přidat standardní entalpie tvorby reaktantů a odečíst ji od součtu standardních entalpií tvorby produktů (Boundless, S.F.). Matematicky řečeno, to nám dává:

AH_r° = ΣHH_fº (produkty) - Σ ΔH_fº (reaktanty).

Entalpie reakcí se obvykle počítají z entalpií tvorby činidla za normálních podmínek (tlak 1 bar a teplota 25 stupňů Celsia)..

Abychom vysvětlili tento princip termodynamiky, vypočteme entalpii reakce pro spalování metanu (CH₄) podle vzorce:

CH₄ (g) +20₂ (g) → CO₂ (g) + 2H₂O (g)

Pro výpočet standardní entalpie reakce je třeba hledat standardní entalpie tvorby pro každou z reaktantů a produktů zapojených do reakce..

Ty se obvykle nacházejí v příloze nebo v několika online tabulkách. Pro tuto reakci jsou potřebná data:

H_fCH₄ (g) = -75 kjoul / mol.

H_fº O₂ (g) = 0 kjoul / mol.

H_fCO₂ (g) = -394 kjoul / mol.

H_fº H₂O (g) = -284 kjoul / mol.

Všimněte si, že protože je ve standardním stavu, standardní entalpie tvorby kyslíkového plynu je 0 kJ / mol.

Dále shrneme naše standardní entalpie tréninku. Všimněte si, že protože jednotky jsou v kJ / mol, musíme vynásobit stechiometrickými koeficienty ve vyvážené reakční rovnici (Leaf Group Ltd, S.F.).

HHH_fº (produkty) = ΔH_fCO₂ +2 AH_fº H₂O

HHH_fº (produkty) = -1 (394 kjoul / mol) -2 (284 kjoul / mol) = -962 kjoul / mol

HHH_fº (reaktanty) = ΔH_fCH₄ + AH_fº O₂

HHH_fº (reaktanty) = -75 kjoul / mol + 2 (0 kjoul / mol) = -75 kjoul / mol

Nyní můžeme najít standardní entalpii reakce:

AH_r° = ΣHH_fº (produkty) - Σ ΔH_fº (reaktanty) = (- 962) - (- 75) =

AH_r° = - 887 kJ / mol.

Odkazy

1. Anne Marie Helmenstine. (2014, 11. června). Entalpie reakce Definice. Zdroj: thinkco: thoughtco.com.
2. (S.F.). Standardní entalpie reakce. Obnoveno bez hranic: boundless.com.
3. Cai, E. (2014, 11. března). standardní teplo formování. Znovuzískaný od chemicalstatistician: chemicalstatistician.wordpress.com.
4. Clark, J. (2013, květen). Různé definice změn entalpie. Zdroj: chemguide.co.uk: chemguide.co.uk.
5. Jonathan Nguyen, G. L. (2017, 9. února). Standardní entalpie formace. Zdroj: chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
6. Leaf Group Ltd. (S.F.). Jak vypočítat entalpie reakce. Obnoveno z sciencing: sciencing.com.
7. Rachel Martin, E. Y. (2014, 7. května). Reakční teplo. Zdroj: chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.