Calore di reazione

Schema di calore di reazione a determinate condizioni di temperatura e pressione. Fonte: Joseasorntino, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons

Cos'è il calore di reazione?

Lui calore di reazione, O Entalpia di reazione (ΔH), è la quantità di energia per mole che viene rilasciata o prodotta in una reazione chimica a una pressione costante. È un'unità termodinamica di misura utile per calcolare l'energia rilasciata o prodotta.

Poiché l'entalpia deriva dalla pressione, dal volume e dall'energia interna, che sono tutte funzioni statali, l'entalpia è anche una funzione statale.

ΔH, o il cambiamento di entalpia, sono sorti come unità di misura volta a calcolare il cambiamento di energia di un sistema quando è diventato troppo difficile trovare ΔU o cambiare l'energia interna di un sistema, misurando contemporaneamente la quantità di calore e lavoro scambiato.

Dare.

La notazione ΔHº o ΔHº_R Quindi sorgere per spiegare la temperatura e la pressione precise del calore di reazione ΔH.

L'entalpia di reazione standard è simboleggiata da ΔHº o ΔHºRXN e può assumere valori sia positivi che negativi. Le unità per ΔHº sono kilojulios per mol o kj / mol.

Concetto precedente per comprendere il calore di reazione: differenze tra ΔH e ΔHº_R

- Δ = rappresenta il cambiamento nell'entalpia (entalpia dei prodotti tranne l'entalpia dei reagenti).

Un valore positivo indica che i prodotti hanno una maggiore entalpia o che è una reazione endotermica (è richiesto il calore).

Un valore negativo indica che i reagenti hanno una maggiore entalpia o che si tratta di una reazione esotermica (si verifica il calore).

- º = significa che la reazione è un cambiamento di entalpia standard e si verifica a una pressione / temperatura pre -stabilita.

- R = indica che questo cambiamento è l'entalpia della reazione.

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- Lo stato standard: lo stato standard di un solido o liquido è la sostanza pura a una pressione di 1 bar, o ciò che è lo stesso, 1 atmosfera (105 pa) e una temperatura di 25 ° C, o ciò che è lo stesso, 298 K.

- Il ΔHº_R È il calore standard di reazione o entalpia standard di una reazione e poiché ΔH misura anche l'entalpia di una reazione. Tuttavia, ΔHºRXN avviene in condizioni "standard", il che significa che la reazione avviene a 25 ° C e 1 atm.

Il beneficio di una misurazione ΔH in condizioni standard sta nella capacità di mettere in relazione un valore di ΔHº con un altro, poiché si verificano nelle stesse condizioni.

Calore di formazione

Il calore di formazione standard, ΔH_Fº, di una sostanza chimica è la quantità di calore assorbito o rilasciato dalla formazione di 1 mole di quella sostanza chimica a 25 ° C e 1 bar dei suoi elementi nei suoi stati standard.

Un elemento è nel suo stato standard se si trova nella sua forma più stabile e nella sua condizione fisica (solido, liquido o gas) a 25 ° C e 1 bar.

Ad esempio, il calore standard di formazione per l'anidride carbonica implica ossigeno e carbonio come reagenti.

L'ossigeno è più stabile come molecole di gas o₂, Mentre il carbonio è più stabile come grafite solida (la grafite è più stabile del diamante in condizioni standard).

Per esprimere la definizione in un altro modo, il calore standard di formazione è un tipo speciale di calore di reazione standard.

La reazione è la formazione di 1 mol di una sostanza chimica dei suoi elementi nei suoi stati standard in condizioni standard.

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Il calore standard della formazione è anche chiamato entalpia standard della formazione (sebbene sia davvero un cambiamento nell'entalpia).

Per definizione, la formazione di un elemento di se stesso non produrrebbe alcun cambiamento nell'entalpia, quindi il calore di reazione standard per tutti gli elementi è zero.

Calcolo dell'entalpia di reazione

1. Calcolo sperimentale

L'entalpia può essere misurata sperimentalmente usando un calorimetro. Un calorimetro è uno strumento in cui un campione viene reagito attraverso cavi elettrici che forniscono energia di attivazione. Il campione si trova in un contenitore circondato dall'acqua, che è costantemente agitato.

Quando si misura con un calorimetro la variazione di temperatura che si verifica quando il campione reagisce e conoscendo il calore specifico dell'acqua e la sua massa, il calore che rilascia o assorbe la reazione viene calcolato dall'equazione Q = CESP X M X ΔT.

In questa equazione, ciò che è il calore, la CESP è il calore specifico, in questo caso di acqua, che è uguale a 1 calorico per grammo, m è la massa di acqua e Δt è il cambiamento di temperatura.

Il calorimetro è un sistema isolato che ha una pressione costante, quindi ΔH_R= Q

2. Calcolo teorico

Il cambiamento di entalpia non dipende dalla via particolare di una reazione, ma solo dal livello di energia globale dei prodotti e dei reagenti. Entalpía è una funzione dello stato e come tale, è additivo.

Per calcolare l'entalpia standard di una reazione, possiamo aggiungere le entalpie standard della formazione di reagenti e sottrarla dalla somma delle entalpie di formazione del prodotto standard. Matematicamente, questo ci dà:

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ΔH_R° = σ ΔH_Fº (prodotti) - σ ΔH_Fº (reagenti).

Gli entalpie di reazioni sono generalmente calcolati dalle entalpie di formazione del reagente in condizioni normali (pressione di 1 bar e temperatura 25 ° C).

Per spiegare questo principio della termodinamica, calcoleremo l'entalpia della reazione per la combustione del metano (CH₄) Secondo la formula:

Cap₄ (g) + 2 °₂ (g) → CO₂ (G) + 2H₂O (g)

Per calcolare l'entalpia di reazione standard, dobbiamo cercare entalpie di addestramento standard per ciascuno dei reagenti e dei prodotti coinvolti nella reazione.

Questi si trovano normalmente in un'appendice o in diverse tabelle online. Per questa reazione, i dati di cui abbiamo bisogno sono:

H_FCap₄ (g) = -75 kjoul/mol.

H_Fº O₂ (g) = 0 kjoul/mol.

H_Fº Co₂ (g) = -394 kjoul/mol.

H_Fº H₂O (g) = -284 kjoul/mol.

Si noti che poiché è nello stato standard, l'entalpia di formazione di gas standard è 0 kJ / mol.

Successivamente, riassumiamo le nostre entalpie di formazione standard. Tieni presente che, poiché le unità sono in KJ / mol, dobbiamo moltiplicare per i coefficienti stechiometrici nell'equazione di reazione equilibrata.

Σ ΔH_Fº (prodotti) = ΔH_Fº CO₂ +2 ΔH_Fº H₂O

Σ ΔH_Fº (prodotti) = -1 (394 kjoul/mol) -2 (284 kjoul/mol) = -962 kjoul/mol

Σ ΔH_Fº (reagenti) = ΔH_FCap₄ + ΔH_Fº O₂

Σ ΔH_Fº (reagenti) = -75 kjoul/mol + 2 (0 kjoul/mol) = -75 kjoul/mol

Ora possiamo trovare l'entalpia standard della reazione:

ΔH_R° = σ ΔH_Fº (prodotti) - σ ΔH_Fº (reagenti) = (- 962)- (- 75) =

ΔH_R° = - 887KJ / mol.

Riferimenti

1. Entalpia della definizione di reazione. Recuperato da Thoughtco.com.
2. (S.F.). Entalpia standard di reazione. Recuperato da illimitato.com.