- Concepte previ parell entendre la calor de reacció: diferències entre ΔH i ΔHº
- Calor de formació
- Càlcul de l'entalpia de reacció
- 1- Càlcul experimental
- 2- Càlcul teòric
- referències
El calor de reacció o entalpia de reacció (ΔH) és el canvi en l'entalpia d'una reacció química que es produeix a una pressió constant. És una unitat termodinàmica de mesura útil per calcular la quantitat d'energia per mol que s'allibera o es produeix en una reacció.
Atès que l'entalpia es deriva de la pressió, el volum i l'energia interna, les quals totes són funcions d'estat, l'entalpia és també una funció d'estat.
ΔH, o el canvi d'entalpia va sorgir com una unitat de mesura destinada a calcular el canvi d'energia d'un sistema quan es va fer massa difícil trobar el ΔU, o canvi en l'energia interna d'un sistema, mesurant simultàniament la quantitat de calor i treball intercanviat.
Donada una pressió constant, el canvi d'entalpia és igual a la calor i es pot mesurar com ΔH = q.
La notació ΔHº o ΔHº r sorgeix llavors per explicar la temperatura i la pressió precises de la calor de reacció ΔH.
L'entalpia estàndard de reacció està simbolitzada per ΔHº o ΔHºrxn i pot assumir tant valors positius com negatius. Les unitats per ΔHº són quilojoules per mol, o kj / mol.
Concepte previ parell entendre la calor de reacció: diferències entre ΔH i ΔHº
Δ = representa el canvi en l'entalpia (entalpia dels productes menys l'entalpia dels reactants).
Un valor positiu indica que els productes tenen major entalpia, o que és una reacció endotèrmica (es requereix calor).
Un valor negatiu indica que els reactants tenen major entalpia, o que és una reacció exotèrmica (es produeix calor).
º = vol dir que la reacció és un canvi d'entalpia estàndard, i es produeix a una pressió / temperatura preestablerta.
r = denota que aquest canvi és l'entalpia de la reacció.
L'Estat Estàndard: l'estat estàndard d'un sòlid o líquid és la substància pura a una pressió d'1 bar o el que és el mateix 1 atmosfera (105 Pa) i una temperatura de 25 ° C, o el que és el mateix 298 K.
El ΔHº r és la calor estàndard de reacció o entalpia estàndard d'una reacció, i com ΔH també mesura l'entalpia d'una reacció. No obstant això, ΔHºrxn té lloc en condicions «estàndard», el que significa que la reacció té lloc a 25ºC i 1 atm.
El benefici d'un mesurament de ΔH sota condicions estàndard rau en la capacitat de relacionar un valor de ΔHº amb un altre, ja que es produeixen en les mateixes condicions.
Calor de formació
La calor estàndard de formació, ΔH f º, d'un producte químic és la quantitat de calor absorbida o alliberat de la formació d'1 mol d'aquest producte químic a 25 graus Celsius i 1 bar dels seus elements en els seus estats estàndard.
Un element està en el seu estat estàndard si està en la seva forma més estable i el seu estat físic (sòlid, líquid o gas) a 25 graus Celsius i 1 bar.
Per exemple, la calor estàndard de formació per diòxid de carboni implica oxigen i carboni com a reactius.
L'oxigen és més estable com a molècules de gas O 2, mentre que el carboni és més estable com grafit sòlid. (El grafit és més estable que el diamant en condicions estàndard).
Per expressar la definició d'una altra manera, la calor estàndard de formació és un tipus especial de calor estàndard de reacció.
La reacció és la formació d'1 mol d'un producte químic dels seus elements en els seus estats estàndard en condicions estàndard.
La calor estàndard de la formació també es diu l'entalpia estàndard de la formació (encara que realment és un canvi en l'entalpia).
Per definició, la formació d'un element de si mateix no produiria cap canvi en l'entalpia, de manera que la calor estàndard de reacció per a tots els elements és zero (Cai, 2014).
Càlcul de l'entalpia de reacció
1- Càlcul experimental
L'entalpia es pot mesurar experimentalment mitjançant l'ús d'un calorímetre. Un calorímetre és un instrument on es fa reaccionar una mostra a l'través d'uns cables elèctrics que proveeixen l'energia d'activació. La mostra es troba en un recipient envoltat d'aigua la qual s'agita constantment.
A l'mesurar amb un el canvi de temperatura que es produeix a l'fer reaccionar la mostra, i sabent la calor específica de l'aigua i la seva massa, es calcula la calor que allibera o absorbeix la reacció mitjançant l'equació q = CESP xmx At.
En aquesta acuación q és la calor, CESP és la calor específica en aquest cas de l'aigua que és igual a 1 caloria per gram, m és la massa d'aigua i At és el canvi de temperatura.
El calorímetre és un sistema aïllat que té una pressió constant, de manera que ΔH r = q
2- Càlcul teòric
El canvi d'entalpia no depèn de la via particular d'una reacció, sinó només de el nivell d'energia global dels productes i reactius. L'entalpia és una funció de l'estat, i com a tal, és additiva.
Per calcular l'entalpia estàndard d'una reacció, podem sumar les entalpies estàndard de formació dels reactius i restar-de la suma de les entalpies estàndard de formació dels productes (Boundless, SF). Dit matemàticament, això ens dóna:
ΔH r ° = Σ ΔH f º (productes) - Σ ΔH f º (reactants).
Les entalpies de reaccions es calculen habitualment a partir de entalpies de formació de reactius en condicions normals (pressió d'1 bar i temperatura 25 graus Celsius).
Per explicar aquest principi de la termodinàmica, calcularem l'entalpia de la reacció per a la combustió de l'metà (CH 4) segons la fórmula:
CH 4 (g) + 2O 2 (g) → CO 2 (g) + 2H 2 O (g)
Per calcular l'entalpia estàndard de reacció, necessitem buscar les entalpies estàndard de formació per a cada un dels reactius i productes implicats en la reacció.
Aquests es troben normalment en un apèndix o en diverses taules en línia. Per a aquesta reacció, les dades que necessitem són:
H f º CH 4 (g) = -75 kjoul / mol.
H f º O 2 (g) = 0 kjoul / mol.
H f º CO 2 (g) = -394 kjoul / mol.
H f º H 2 O (g) = -284 kjoul / mol.
Cal notar que pel fet que es troba en el seu estat estàndard, l'entalpia estàndard de formació per a oxigen gas és 0 kJ / mol.
A continuació, resumim les nostres entalpies estàndard de formació. Tingueu en compte que pel fet que les unitats estan en kJ / mol, necessitem multiplicar pels coeficients estequiomètrics en l'equació de reacció balancejada (Leaf Group Ltd, SF).
Σ ΔH f º (productes) = ΔH f º CO 2 + 2 ΔH f º H 2 O
Σ ΔH f º (productes) = -1 (394 kjoul / mol) -2 (284 kjoul / mol) = -962 kjoul / mol
Σ ΔH f º (reactants) = ΔH f º CH 4 + ΔH f º O 2
Σ ΔH f º (reactants) = -75 kjoul / mol + 2 (0 kjoul / mol) = -75 kjoul / mol
Ara, podem trobar l'entalpia estàndard de la reacció:
ΔH r ° = Σ ΔH f º (productes) - Σ ΔH f º (reactants) = (- 962) - (- 75) =
ΔH r ° = - 887kJ / mol.
referències
- Anne Marie Helmenstine. (2014, juny 11). Enthalpy of Reaction Definition. Recuperat de thoughtco: thoughtco.com.
- (SF). Standard Enthalpy of Reaction. Recuperat de Boundless: boundless.com.
- Cai, I. (2014, març 11). standard heat of formation. Recuperat de chemicalstatistician: chemicalstatistician.wordpress.com.
- Clark, J. (2013, Maig). Various enthalpy change definitions. Recuperat de chemguide.co.uk: chemguide.co.uk.
- Jonathan Nguyen, GL (2017, febrer 9). Standard Enthalpy of Formation. Recuperat de chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
- Leaf Group Ltd (SF). How to Calculate Enthalpies of Reaction. Recuperat de sciencing: sciencing.com.
- Rachel Martin, EY (2014, maig 7). Heat of Reaction. Recuperat de chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.