- Předchozí koncept k pochopení reakčního tepla: rozdíly mezi ΔH a ΔHº
- Teplo formace
- Výpočet entalpie reakce
- 1 - Experimentální výpočet
- 2- Teoretický výpočet
- Reference
Reakční teplo nebo entalpie reakce (AH) je změna entalpie chemické reakce, ke které dochází při konstantním tlaku. Je to termodynamická měrná jednotka užitečná pro výpočet množství energie na mol, která je uvolňována nebo produkována v reakci.
Protože entalpie je odvozena od tlaku, objemu a vnitřní energie, z nichž všechny jsou stavovými funkcemi, entalpie je také stavovou funkcí.
ΔH nebo změna entalpie se objevila jako měrná jednotka určená pro výpočet změny energie systému, když bylo příliš obtížné najít ΔU nebo změnu vnitřní energie systému, současně měřit množství tepla a práce zaměnil se.
Při konstantním tlaku se změna entalpie rovná teplu a může být měřena jako ΔH = q.
Zápis ΔHº nebo ΔHº r pak vzniká, aby vysvětlil přesnou teplotu a tlak reakčního tepla ΔH.
Standardní entalpie reakce je symbolizována ΔHº nebo ΔHºrxn a může předpokládat kladné i záporné hodnoty. Jednotky pro ΔHº jsou kiloJoules na mol nebo kj / mol.
Předchozí koncept k pochopení reakčního tepla: rozdíly mezi ΔH a ΔHº
Δ = představuje změnu entalpie (entalpie produktů mínus entalpie reakčních složek).
Pozitivní hodnota znamená, že produkty mají vyšší entalpii nebo že se jedná o endotermickou reakci (vyžaduje se teplo).
Záporná hodnota znamená, že reaktanty mají vyšší entalpii nebo že se jedná o exotermickou reakci (vzniká teplo).
º = znamená, že reakce je standardní změnou entalpie a probíhá při přednastaveném tlaku / teplotě.
r = označuje, že tato změna je entalpií reakce.
Standardní stav: standardní stav pevné nebo kapalné látky je čistá látka při tlaku 1 bar nebo jaká je stejná atmosféra 1 (105 Pa) a teplota 25 ° C, nebo co je stejné 298 K.
AH ° r je standardní reakční teplo nebo standardní entalpie reakce a podobně jako A také měří entalpie reakce. AHºrxn však probíhá za „standardních“ podmínek, což znamená, že reakce probíhá při 25 ° C a 1 atm.
Výhoda měření ΔH za standardních podmínek spočívá ve schopnosti spojit jednu hodnotu ΔHº s jinou, protože se vyskytují za stejných podmínek.
Teplo formace
Standardní teplo tvorby, ΔH f º, chemické látky je množství tepla absorbovaného nebo uvolněného z tvorby 1 molu této chemické látky při 25 stupních Celsia a 1 bar jejích prvků v jejich standardních stavech.
Prvek je ve svém standardním stavu, pokud je ve své nejstabilnější formě a ve svém fyzickém stavu (pevný, kapalný nebo plynný) při 25 stupních Celsia a 1 baru.
Například standardní teplo vytvářející oxid uhličitý zahrnuje jako reaktanty kyslík a uhlík.
Kyslík je stabilnější jako molekuly plynu O 2, zatímco uhlík je stabilnější jako pevný grafit. (Grafit je za standardních podmínek stabilnější než diamant).
Pro vyjádření definice jiným způsobem je standardní teplo tvoření zvláštním typem standardního reakčního tepla.
Reakcí je vytvoření 1 molu chemické látky z jejích prvků v jejich standardních stavech za standardních podmínek.
Standardní teplo formace se také nazývá standardní entalpie formace (i když je to vlastně změna entalpie).
Podle definice by vytvoření prvku samo o sobě nezpůsobilo žádnou změnu entalpie, takže standardní reakční teplo pro všechny prvky je nula (Cai, 2014).
Výpočet entalpie reakce
1 - Experimentální výpočet
Entalpii lze měřit experimentálně pomocí kalorimetru. Kalorimetr je nástroj, kde vzorek reaguje pomocí elektrických kabelů, které poskytují aktivační energii. Vzorek je v nádobě obklopené vodou, která je neustále míchána.
Měřením se změnou teploty, ke které dochází, když vzorek reaguje, a známím specifického tepla vody a její hmotnosti, se teplo uvolněné nebo absorbované reakcí vypočítá pomocí rovnice q = Cesp xmx ΔT.
V této rovnici q je teplo, Cesp je měrné teplo v tomto případě vody, které 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 globální energetické hladině produktů a reakčních složek. Enthalpy je funkce státu, a jako taková je aditivní.
Pro výpočet standardní entalpie reakce můžeme přidat standardní entalpie tvorby reakčních složek a odečíst ji od součtu standardních entalpií tvorby produktů (Boundless, SF). Matematicky to dává:
AH r ° = Σ AH f ° (výrobky) - Σ AH f ° (Činidla).
Entalmy reakcí se obvykle počítají z entalpií tvorby reaktantů za normálních podmínek (tlak 1 bar a teplota 25 stupňů Celsia).
Pro vysvětlení tohoto principu termodynamiky vypočítáme entalpii reakce pro spalování metanu (CH 4) podle vzorce:
CH 4 (g) + 2O 2 (g) → CO 2 (g) + 2 H 2 O (g)
Pro výpočet standardní entalpie reakce musíme najít standardní entalpie tvorby pro každý z reakčních složek a produktů zapojených do reakce.
Obvykle se nacházejí v příloze nebo v různých online tabulkách. Pro tuto reakci potřebujeme následující údaje:
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 º H 2 O (g) = -284 kjoul / mol.
Všimněte si, že protože je ve svém standardním stavu, standardní entalpie tvorby kyslíkového plynu je 0 kJ / mol.
Níže shrnujeme naše standardní entalpie formace. Všimněte si, že protože jednotky jsou v kJ / mol, musíme se ve vyvážené reakční rovnici vynásobit stechiometrickými koeficienty (Leaf Group Ltd, SF).
AH Σ f ° (výrobků) AH = f º CO 2 2 AH f º H 2 O
Σ ΔH f º (produkty) = -1 (394 kjoul / mol) -2 (284 kjoul / mol) = -962 kjoul / mol
AH Σ f ° (reaktanty) AH = f º CH 4 + AH f º O 2
Σ ΔH f º (reaktanty) = -75 kJoul / mol + 2 (0 kjoul / mol) = -75 kjoul / mol
Nyní můžeme najít standardní entalpii reakce:
ΔH r ° = Σ ΔH f º (produkty) - Σ ΔH f º (reakční složky) = (- 962) - (- 75) =
AH r ° = - 887 kJ / mol.
Reference
- Anne Marie Helmenstine. (2014, 11. června). Entalpie definice reakce. Obnoveno z thinkco: thinkco.com.
- (SF). Standardní entalpie reakce. Obnoveno z neomezeného: boundless.com.
- Cai, E. (2014, 11. března). standardní formovací teplo. Obnoveno od chemikálie: chemikálie.wordpress.com.
- Clark, J. (2013, květen). Různé definice změny entalpie. Obnoveno z chemguide.co.uk: chemguide.co.uk.
- Jonathan Nguyen, GL (2017, 9. února). Standardní entalpie formace. Obnoveno z chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
- Leaf Group Ltd. (SF). Jak spočítat entalpie reakcí. Obnoveno ze sciencing: sciencing.com.
- Rachel Martin, EY (2014, 7. května). Reakční teplo. Obnoveno z chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.