KAKŠNA JE TOPLOTA REAKCIJE? - KEMIJA - 2026

Reakcijska toplota ali entalpije reakcije (ΔH) je sprememba entalpije kemične reakcije, ki nastane pri stalnem tlaku. To je termodinamična merska enota, koristna za izračun količine energije na mol, ki se sprosti ali proizvede v reakciji.

Ker entalpija izhaja iz tlaka, prostornine in notranje energije, vse to so državne funkcije, je entalpija tudi funkcija stanja.

ΔH ali sprememba entalpije se je pojavila kot merska enota, namenjena izračunu spremembe energije sistema, ko je postalo pretežko najti ΔU ali spremembo notranje energije sistema, hkrati pa meriti količino toplote in dela izmenjani.

Glede na stalen tlak je sprememba entalpije enaka toploti in jo lahko merimo kot ΔH = q.

Potem se pojavi pojasnilo ΔHº ali ΔHº _r , da se pojasni natančna temperatura in tlak reakcijske toplote ΔH.

Standardna entalpija reakcije je simbolizirana z ΔHº ali ΔHºrxn in lahko prevzame tako pozitivne kot negativne vrednosti. Enote za ΔHº so kilodžul na mol ali kj / mol.

Prejšnji koncept za razumevanje reakcijske toplote: razlike med ΔH in ΔHº

Δ = predstavlja spremembo entalpije (entalpija produktov minus entalpija reaktantov).

Pozitivna vrednost pomeni, da imajo izdelki višjo entalpijo ali da gre za endotermno reakcijo (potrebna je toplota).

Negativna vrednost kaže, da imajo reaktanti višjo entalpijo ali da gre za eksotermično reakcijo (proizvede se toplota).

º = pomeni, da je reakcija standardna entalpijska sprememba in se odvija pri vnaprej nastavljenem tlaku / temperaturi.

r = pomeni, da je ta sprememba entalpija reakcije.

Standardno stanje: standardno stanje trdne ali tekoče snovi je čista snov pri tlaku 1 bar ali enaka ena atmosfera (105 Pa) in temperatura 25 ° C ali enaka 298 K .

ΔHº _r je standardna toplota reakcije ali standardna entalpija reakcije in podobno kot ΔH tudi meri entalpijo reakcije. Vendar pa ΔHºrxn poteka pod "standardnimi" pogoji, kar pomeni, da reakcija poteka pri 25 ° C in 1 atm.

Prednost merjenja ΔH v standardnih pogojih je v zmožnosti povezave ene vrednosti ΔHº z drugo, saj se pojavljajo pod enakimi pogoji.

Toplota tvorbe

Standardna toplota tvorbe kemikalije ΔH _f º, je količina toplote, absorbirane ali sproščene iz tvorbe 1 mola te kemikalije pri 25 stopinjah Celzija in 1 bara njenih elementov v njihovih standardnih stanjih.

Element je v standardnem stanju, če je v najbolj stabilni obliki in fizičnem stanju (trdno, tekoče ali plinsko) pri 25 stopinjah Celzija in 1 bar.

Na primer, standardna toplota tvorbe ogljikovega dioksida vključuje kisik in ogljik kot reaktante.

Kisik je bolj stabilen kot O ₂ plinskih molekul , medtem ogljik je bolj stabilen kot trdno snov grafit. (Grafit je v standardnih pogojih bolj stabilen kot diamant).

Če izrazimo drugače, je standardna toplota tvorbe posebna vrsta standardne reakcijske toplote.

Reakcija je tvorba 1 mola kemikalije iz njegovih elementov v njihovih standardnih stanjih pod standardnimi pogoji.

Standardna toplota tvorbe se imenuje tudi standardna entalpija tvorbe (čeprav gre pravzaprav za spremembo entalpije).

Sama tvorba elementa po definiciji ne bi povzročila nobene spremembe entalpije, zato je standardna reakcijska toplota za vse elemente enaka nič (Cai, 2014).

Izračun entalpije reakcije

1- Poskusni izračun

Entalpijo lahko merimo eksperimentalno z uporabo kalorimetra. Kalorimeter je instrument, kjer vzorec reagira prek električnih kablov, ki zagotavljajo aktivacijsko energijo. Vzorec je v posodi, obdani z vodo, ki jo stalno mešamo.

Z merjenjem s spremembo temperature, ki nastane, ko vzorec reagira, in ob poznavanju specifične toplote vode in njene mase, se toplota, ki se sprosti ali absorbira z reakcijo, izračuna z enačbo q = Cesp xmx ΔT.

V tej enačbi q je toplota, Cesp je specifična toplota v tem primeru vode, ki je enaka 1 kaloriji na gram, m je masa vode in ΔT je sprememba temperature.

Kalorimeter je izoliran sistem, ki ima stalen tlak, zato je ΔH _r = q

2- Teoretični izračun

Sprememba entalpije ni odvisna od določene poti reakcije, temveč le od globalne ravni energije proizvodov in reaktantov. Entalpija je funkcija države in kot taka je aditivna.

Za izračun standardne entalpije reakcije lahko dodamo standardne entalpije tvorbe reaktantov in jo odštejemo od vsote standardnih entalpij tvorbe produktov (Boundless, SF). Matematično rečeno, to nam daje:

.DELTA.H _r ° = Σ. DELTA.H _f ° (proizvodi) - Σ. DELTA.H _f ° (reaktanti).

Entalpije reakcij se običajno izračunajo iz entalpije tvorbe reaktantov v normalnih pogojih (tlak 1 bar in temperatura 25 stopinj Celzija).

Za razlago tega načela termodinamike bomo izračunali entalpijo reakcije za zgorevanje metana (CH ₄ ) po formuli:

CH ₄ (g) + 2O ₂ (g) → CO ₂ (g) + 2H ₂ O (g)

Za izračun standardne entalpije reakcije moramo poiskati standardne entalpije tvorbe za vsak reaktant in produkte, ki sodelujejo v reakciji.

Običajno jih najdemo v prilogi ali v različnih spletnih tabelah. Za to reakcijo potrebujemo naslednje podatke:

H _f ° CH ₄ (g) = -75 kjoul / mol.

H _f ° O ₂ (g) = 0 kjoul / mol.

H _f ° CO ₂ (g) = -394 kjoul / mol.

H _f H ₂ O (g) = -284 kjoul / mol.

Upoštevajte, da je standardna entalpija nastanka kisikovega plina, ker je v standardnem stanju, 0 kJ / mol.

Spodaj povzamemo naše standardne entalpije formacije. Upoštevajte, da moramo, ker so enote v kJ / mol, pomnožiti s stehiometričnimi koeficienti v enačbi uravnotežene reakcije (Leaf Group Ltd, SF).

.DELTA.H Σ _f ° (izdelki) .DELTA.H = _f º CO ₂ +2. DELTA.H _f º H ₂ O

Σ ΔH _f º (izdelki) = -1 (394 kjoul / mol) -2 (284 kjoul / mol) = -962 kjoul / mol

.DELTA.H Σ _f ° (reaktanti). DELTA.H = _f º CH ₄ + AH _f º O ₂

Σ ΔH _f º (reaktanti) = -75 kjoul / mol + 2 (0 kjoul / mol) = -75 kjoul / mol

Zdaj lahko najdemo standardno entalpijo reakcije:

ΔH _r ° = Σ ΔH _f º (proizvodi) - Σ ΔH _f º (reaktanti) = (- 962) - (- 75) =

ΔH _r ° = - 887kJ / mol.

Reference

1. Anne Marie Helmenstine. (2014, 11. junij). Entalpija definicije reakcije. Pridobljeno iz misli thinkco: thinkco.com.
2. (SF). Standardna entalpija reakcije. Pridobljeno iz brezmejnega: limitless.com.
3. Cai, E. (2014, 11. marec). standardna toplota tvorbe. Pridobljeno od kemičnega statistika: chemicalstatistician.wordpress.com.
4. Clark, J. (2013, maj). Različne opredelitve entalpije. Pridobljeno iz chemguide.co.uk: chemguide.co.uk.
5. Jonathan Nguyen, GL (2017, 9. februarja). Standardna entalpija formacije. Pridobljeno s strani chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
6. Leaf Group Ltd. (SF). Kako izračunati entalpije reakcije. Pridobljeno iz sciaching: sciaching.com.
7. Rachel Martin, EY (2014, 7. maja). Toplota reakcije. Pridobljeno s strani chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.