Какво е реакционна топлина?
Топлината на реакцията или енталпията на реакцията (ΔH) е промяната в енталпията на химичната реакция, която се осъществява при постоянно налягане (Anne Marie Helmenstine, 2014).
Тъй като енталпията се извлича от налягане, обем и вътрешна енергия, които са всички функции на състоянието, енталпията също е функция на състоянието (Rachel Martin, 2014).
ΔH, или промяната на енталпията възниква като мерна единица за изчисляване на енергийната смяна на системата, когато е станало твърде трудно да се намери ΔU, или промяна във вътрешната енергия на системата, едновременно измервайки количеството топлина и работа разменени.
При постоянно налягане налягането на енталпията е равно на топлината и може да бъде измерено като ΔH = q.
Тогава се появява нотата ΔHº или ΔHº r, за да се обясни точната температура и налягане на топлината на реакцията ΔH.
Стандартната енталпия на реакцията се символизира с ΔHº или ΔHºrxn и може да приеме както положителни, така и отрицателни стойности. Единиците за ΔHº са килоджаули на мол, или kj / mol.
Предишна концепция за разбиране на топлината на реакцията: разлики между ΔH и ΔHº r .
Δ = представлява промяната в енталпията (енталпия на продуктите минус енталпията на реагентите).
Положителната стойност показва, че продуктите имат по-висока енталпия, или че е ендотермична реакция (изисква се топлина).
Отрицателната стойност показва, че реагентите имат по-висока енталпия, или че е екзотермична реакция (произвежда се топлина).
º = означава, че реакцията е стандартна промяна на енталпията и се извършва при предварително зададено налягане / температура.
r = означава, че тази промяна е енталпията на реакцията.
Стандартно състояние: стандартното състояние на твърдо или течно вещество е чистото вещество при налягане от 1 бар или това, което е една и съща 1 атмосфера (105 Pa) и температура от 25 ° C, или това, което е същото 298 K,
ΔHº r е стандартната реакционна топлина или стандартната енталпия на реакцията и като АН също измерва енталпията на реакцията. Обаче, ΔHºrxn се извършва при "стандартни" условия, което означава, че реакцията протича при 25 ° С и 1 атм.
Ползата от измерването на ΔН при стандартни условия е в способността да се свърже стойност на ΔHº с друга, тъй като те се срещат при едни и същи условия (Clark, 2013).
Обучение на топлина
Стандартната топлина на образуване, ΔH f º, на химикал е количеството топлина, което се абсорбира или освобождава от образуването на 1 mol от това химично вещество при 25 градуса по Целзий и 1 bar от неговите елементи в неговите стандартни състояния.
Елемент е в стандартното си състояние, ако е в най-стабилната си форма и физическото си състояние (твърдо, течно или газово) при 25 градуса по Целзий и 1 бар (Jonathan Nguyen, 2017).
Например, стандартната топлина на образуване на въглероден диоксид включва кислород и въглерод като реагенти.
Кислородът е по-стабилен като газови молекули, докато въглеродът е по-стабилен като твърд графит. (Графитът е по-стабилен от диаманта при стандартни условия.)
За да се изрази определението по друг начин, стандартната топлина на образуване е специален вид стандартна топлина на реакцията.
Реакцията е образуването на 1 мол химикал от неговите елементи в техните стандартни състояния при стандартни условия.
Стандартната топлина на образуването също се нарича стандартна енталпия на формацията (въпреки че това наистина е промяна в енталпията).
По дефиниция, самото образуване на елемент не би довело до промяна в енталпията, така че стандартната топлина на реакцията за всички елементи е нула (Cai, 2014).
Изчисляване на енталпията на реакцията
1- Експериментално изчисление
Енталпията може да бъде измерена експериментално чрез използване на калориметър. Калориметърът е инструмент, при който пробата реагира чрез електрически кабели, които осигуряват енергията на активиране. Пробата е в контейнер, заобиколен от вода, която непрекъснато се разбърква.
При измерване с промяна на температурата, която възниква при реагиране на пробата и познаване на специфичната топлина на водата и нейната маса, топлината, която освобождава или абсорбира реакцията, се изчислява чрез уравнението q = Cesp xmx ΔT.
В това уравнение q е топлина, Cesp е специфичната топлина в този случай на вода, която е равна на 1 калория на грам, m е масата на водата и ΔT е промяната в температурата.
Калориметърът е изолирана система, която има постоянно налягане, така че ΔH r = q
2 - Теоретично изчисление
Промяната на енталпията не зависи от конкретния път на реакцията, а само от общото енергийно ниво на продуктите и реактивите. Енталпията е функция на състоянието и като такава е добавка.
За да се изчисли стандартната енталпия на реакцията, можем да добавим стандартните енталпии на образуване на реагентите и да го извадим от сумата на стандартните енталпии на образуването на продуктите (Boundless, SF). Математически каза, това ни дава:
ΔH r ° = Σ ΔH f º (продукти) - Σ ΔH f º (реагенти).
Енталпиите на реакциите обикновено се изчисляват от енталпиите на образуване на реагент при нормални условия (налягане 1 bar и температура 25 градуса по Целзий).
За да обясним този принцип на термодинамиката, ще изчислим енталпията на реакцията за изгаряне на метан (CH 4 ) по формулата:
СН4 (g) + 20 2 (g) → CO 2 (g) + 2H 2 O (g)
За да се изчисли стандартната енталпия на реакцията, трябва да се търсят стандартните енталпии на образуване за всеки от реагентите и продуктите, включени в реакцията.
Те обикновено се намират в приложение или в няколко онлайн таблици. За тази реакция необходимите данни са:
Hf ° CH4 (g) = -75 kjoul / mol.
HfO2 (g) = 0 kjoul / mol.
HfCO2 (g) = -394 kjoul / mol.
HfH20 (g) = -284 kjoul / mol.
Отбележете, че тъй като е в стандартното си състояние, стандартната енталпия на образуване за кислородния газ е 0 kJ / mol.
След това обобщаваме стандартните енталпии на обучението. Отбележете, че тъй като единиците са в kJ / mol, ние трябва да умножим по стехиометричните коефициенти в балансираното реакционно уравнение (Leaf Group Ltd, SF).
Σ ΔH f º (продукти) = ΔH f º CO 2 +2 ΔH f º H 2 O
Σ ΔH fº (продукти) = -1 (394 kjoul / mol) -2 (284 kjoul / mol) = -962 kjoul / mol
Σ ΔH f ((реагенти) = ΔH f CH CH 4 + ΔH f O O 2
Σ ΔH f º (реагенти) = -75 kjoul / mol + 2 (0 kjoul / mol) = -75 kjoul / mol
Сега можем да намерим стандартната енталпия на реакцията:
ΔH r ° = Σ ΔH fº (продукти) - Σ ΔH fº (реактиви) = (- 962) - (- 75) =
ΔH r ° = - 887kJ / mol.
