Nhiệt phản ứng là gì?
Nhiệt của phản ứng hoặc entanpy của phản ứng (H) là sự thay đổi entanpi của phản ứng hóa học xảy ra ở áp suất không đổi (Anne Marie Helmenstine, 2014).
Vì enthalpy có nguồn gốc từ áp suất, thể tích và năng lượng bên trong, tất cả đều là các chức năng trạng thái, enthalpy cũng là một chức năng của trạng thái (Rachel Martin, 2014).
H, hoặc sự thay đổi entanpy nổi lên như một đơn vị đo lường sự thay đổi năng lượng của một hệ thống khi quá khó để tìm ra ΔU, hoặc thay đổi năng lượng bên trong của một hệ thống, đồng thời đo lượng nhiệt và công việc trao đổi.
Với một áp suất không đổi, sự thay đổi entanpi bằng nhiệt và có thể được đo là ΔH = q.
Ký hiệu ΔHº hoặc thenHº r sau đó xuất hiện để giải thích nhiệt độ và áp suất chính xác của nhiệt của phản ứng ΔH.
Entanpi tiêu chuẩn của phản ứng được ký hiệu là ΔHº hoặc ΔHºrxn và có thể giả sử cả giá trị dương và âm. Đơn vị cho ΔHº là kilojoules mỗi mol, hoặc kj / mol.
Khái niệm trước đây để hiểu sức nóng của phản ứng: sự khác biệt giữa ΔH và ΔHº r .
Δ = đại diện cho sự thay đổi entanpy (entanpy của các sản phẩm trừ đi entanpy của các chất phản ứng).
Giá trị dương cho thấy các sản phẩm có entanpy cao hơn hoặc đó là phản ứng nhiệt nội (cần nhiệt).
Giá trị âm cho thấy các chất phản ứng có entanpy cao hơn hoặc đó là phản ứng tỏa nhiệt (nhiệt được tạo ra).
º = có nghĩa là phản ứng là sự thay đổi entanpi tiêu chuẩn và xảy ra ở áp suất / nhiệt độ đặt trước.
r = biểu thị rằng sự thay đổi này là entanpy của phản ứng.
Trạng thái tiêu chuẩn: trạng thái tiêu chuẩn của chất rắn hoặc chất lỏng là chất nguyên chất ở áp suất 1 bar hoặc cùng một không khí (105 Pa) và nhiệt độ 25 ° C, hoặc cùng nhiệt độ là 298 K .
ΔHº r là nhiệt phản ứng chuẩn hoặc entanpy chuẩn của phản ứng và vì ΔH cũng đo entanpy của phản ứng. Tuy nhiên, ΔHºrxn diễn ra trong điều kiện "tiêu chuẩn", có nghĩa là phản ứng diễn ra ở 25 ° C và 1 atm.
Lợi ích của phép đo ΔH trong các điều kiện tiêu chuẩn nằm ở khả năng liên kết giá trị ΔHº với giá trị khác, vì chúng xảy ra trong cùng điều kiện (Clark, 2013).
Nhiệt luyện
Nhiệt hình thành tiêu chuẩn, ΔH f º, của một hóa chất là lượng nhiệt được hấp thụ hoặc giải phóng từ sự hình thành 1 mol của hóa chất đó ở 25 độ C và 1 bar các nguyên tố của nó ở trạng thái tiêu chuẩn.
Một phần tử ở trạng thái tiêu chuẩn nếu nó ở dạng ổn định nhất và trạng thái vật lý của nó (rắn, lỏng hoặc khí) ở 25 độ C và 1 bar (Jonathan Nguyễn, 2017).
Ví dụ, nhiệt hình thành tiêu chuẩn cho carbon dioxide liên quan đến oxy và carbon làm thuốc thử.
Oxy ổn định hơn như các phân tử khí O 2, trong khi carbon ổn định hơn như than chì rắn. (Than chì ổn định hơn kim cương trong điều kiện tiêu chuẩn.)
Để diễn tả định nghĩa theo một cách khác, nhiệt hình thành tiêu chuẩn là một loại nhiệt phản ứng tiêu chuẩn đặc biệt.
Phản ứng là sự hình thành 1 mol hóa chất của các nguyên tố của nó ở trạng thái tiêu chuẩn trong điều kiện tiêu chuẩn.
Nhiệt tiêu chuẩn của sự hình thành còn được gọi là entanpy tiêu chuẩn của sự hình thành (mặc dù nó thực sự là một sự thay đổi trong entanpy).
Theo định nghĩa, sự hình thành của một yếu tố của chính nó sẽ không tạo ra bất kỳ thay đổi nào trong entanpy, do đó nhiệt phản ứng tiêu chuẩn cho tất cả các yếu tố là bằng không (Cai, 2014).
Tính toán phản ứng entanpy
1- Tính toán thực nghiệm
Entanpi có thể được đo bằng thực nghiệm bằng cách sử dụng nhiệt lượng kế. Một nhiệt lượng kế là một dụng cụ trong đó một mẫu được phản ứng thông qua các dây cáp điện cung cấp năng lượng kích hoạt. Mẫu nằm trong một thùng chứa được bao quanh bởi nước được khuấy liên tục.
Khi đo với sự thay đổi nhiệt độ xảy ra khi phản ứng mẫu và biết nhiệt dung riêng của nước và khối lượng của nó, nhiệt giải phóng hoặc hấp thụ phản ứng được tính theo phương trình q = Cesp xmx T.
Trong phương trình này q là nhiệt, Cesp là nhiệt dung riêng trong trường hợp nước này bằng 1 calo mỗi gam, m là khối lượng của nước và ΔT là sự thay đổi nhiệt độ.
Nhiệt lượng kế là một hệ cô lập có áp suất không đổi, vì vậy ΔH r = q
2- Tính toán lý thuyết
Sự thay đổi entanpi không phụ thuộc vào đường đi cụ thể của phản ứng, mà chỉ phụ thuộc vào mức năng lượng chung của sản phẩm và thuốc thử. Enthalpy là một chức năng của nhà nước, và như vậy, là phụ gia.
Để tính toán entanpy tiêu chuẩn của một phản ứng, chúng ta có thể thêm các entanpy tiêu chuẩn của sự hình thành các chất phản ứng và trừ nó khỏi tổng số entanpy tiêu chuẩn của sự hình thành các sản phẩm (Boundless, SF). Về mặt toán học, điều này mang lại cho chúng ta:
H r ° = Σ H f º (sản phẩm) - Σ H f º (chất phản ứng).
Entanpi của các phản ứng thường được tính từ entanpy của sự hình thành thuốc thử trong điều kiện bình thường (áp suất 1 bar và nhiệt độ 25 độ C).
Để giải thích nguyên lý nhiệt động lực học này, chúng tôi sẽ tính toán entanpi của phản ứng đốt cháy metan (CH 4 ) theo công thức:
CH 4 (g) + 2O 2 (g) → CO 2 (g) + 2H 2 O (g)
Để tính entanpy tiêu chuẩn của phản ứng, chúng ta cần tìm các entanpy tiêu chuẩn của sự hình thành cho từng chất phản ứng và sản phẩm liên quan đến phản ứng.
Chúng thường được tìm thấy trong một phụ lục hoặc trong một số bảng trực tuyến. Đối với phản ứng này, dữ liệu chúng ta cần là:
H f º 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.
Lưu ý rằng vì ở trạng thái tiêu chuẩn, entanpy tiêu chuẩn của sự hình thành cho khí oxy là 0 kJ / mol.
Tiếp theo, chúng tôi tóm tắt các bài tập huấn luyện tiêu chuẩn của chúng tôi. Lưu ý rằng vì các đơn vị tính bằng kJ / mol, chúng ta cần nhân với các hệ số cân bằng hóa học trong phương trình phản ứng cân bằng (Leaf Group Ltd, SF).
Σ fH f º (sản phẩm) = H f º CO 2 +2 H f º H 2 O
Σ H fº (sản phẩm) = -1 (394 kjoul / mol) -2 (284 kjoul / mol) = -962 kjoul / mol
H f ((chất phản ứng) = H f CH CH 4 + H f O O 2
Σ H f º (chất phản ứng) = -75 kjoul / mol + 2 (0 kjoul / mol) = -75 kjoul / mol
Bây giờ, chúng ta có thể tìm thấy entanpy tiêu chuẩn của phản ứng:
H r ° = Σ H fº (sản phẩm) - Σ H fº (chất phản ứng) = (- 962) - (- 75) =
ΔH r ° = - 887kJ / mol.
