Cos'è Reaction Heat?
Il calore di reazione o entalpia di reazione (ΔH) è il cambiamento nell'entalpia di una reazione chimica che avviene a pressione costante (Anne Marie Helmenstine, 2014).
Poiché l'entalpia deriva dalla pressione, dal volume e dall'energia interna, che sono tutte funzioni di stato, l'entalpia è anche una funzione di stato (Rachel Martin, 2014).
ΔH, o il cambiamento di entalpia è emerso come unità di misura per calcolare il cambiamento di energia di un sistema quando è diventato troppo difficile trovare il ΔU, o modificare l'energia interna di un sistema, misurando contemporaneamente la quantità di calore e lavoro scambiati.
Data una pressione costante, il cambiamento dell'entalpia è uguale al calore e può essere misurato come ΔH = q.
Quindi appare la notazione ΔHº o ΔHº r per spiegare la temperatura e la pressione precise del calore di reazione ΔH.
L'entalpia standard della reazione è simbolizzata da ΔHº o ΔHºrxn e può assumere valori sia positivi sia negativi. Le unità per ΔHº sono kilojoule per mole, o kj / mol.
Concetto precedente per comprendere il calore della reazione: differenze tra ΔH e ΔHº r .
Δ = rappresenta il cambiamento nell'entalpia (entalpia dei prodotti meno l'entalpia dei reagenti).
Un valore positivo indica che i prodotti hanno un'alta entalpia o che si tratta di una reazione endotermica (è richiesto calore).
Un valore negativo indica che i reagenti hanno un'entalpia maggiore o che si tratta di una reazione esotermica (il calore è prodotto).
º = significa che la reazione è una variazione di entalpia standard e si verifica a una pressione / temperatura preimpostata.
r = indica che questo cambiamento è l'entalpia della reazione.
Lo stato standard: lo stato standard di un solido o di un liquido è la sostanza pura ad una pressione di 1 bar o la stessa atmosfera (105 Pa) e una temperatura di 25 ° C, o che cosa è lo stesso 298 K .
Il ΔHº r è il calore di reazione standard o l'entalpia standard di una reazione e come 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 vantaggio di una misurazione di ΔH in condizioni standard risiede nella capacità di correlare un valore di ΔHº con un altro, poiché si verificano nelle stesse condizioni (Clark, 2013).
Calore di allenamento
Il calore standard di formazione, ΔH f º, di una sostanza chimica è la quantità di calore assorbito o rilasciato dalla formazione di 1 mole di quella sostanza chimica a 25 gradi Celsius e 1 bar dei suoi elementi nei suoi stati standard.
Un elemento è nel suo stato standard se è nella sua forma più stabile e il suo stato fisico (solido, liquido o gas) a 25 gradi Celsius e 1 bar (Jonathan Nguyen, 2017).
Ad esempio, il calore standard di formazione per il biossido di carbonio coinvolge ossigeno e carbonio come reagenti.
L'ossigeno è più stabile delle molecole di gas O 2, mentre il carbonio è più stabile della grafite solida. (La grafite è più stabile del diamante in condizioni standard).
Per esprimere la definizione in un altro modo, il calore di formazione standard è un tipo speciale di calore di reazione standard.
La reazione è la formazione di 1 mole di una sostanza chimica dei suoi elementi nei loro stati standard in condizioni standard.
Il calore standard della formazione è anche chiamato l'entalpia standard della formazione (sebbene sia davvero un cambiamento nell'entalpia).
Per definizione, la formazione di un elemento di sé non produrrebbe alcun cambiamento nell'entalpia, quindi il calore standard di reazione per tutti gli elementi è zero (Cai, 2014).
Calcolo dell'entalpia di reazione
1- Calcolo sperimentale
L'entalpia può essere misurata sperimentalmente mediante l'uso di un calorimetro. Un calorimetro è uno strumento in cui un campione viene fatto reagire attraverso i cavi elettrici che forniscono l'energia di attivazione. Il campione è in un contenitore circondato da acqua che viene costantemente mescolato.
Quando si misura con un cambiamento di temperatura che si verifica quando si fa reagire il campione, e conoscendo il calore specifico dell'acqua e della sua massa, il calore che libera o assorbe la reazione viene calcolato dall'equazione q = Cesp xmx ΔT.
In questa equazione q è il calore, Cesp è il calore specifico in questo caso di acqua che è pari a 1 caloria per grammo, m è la massa d'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 dal particolare percorso di una reazione, ma solo dal livello di energia generale dei prodotti e dei reagenti. L'entalpia è una funzione dello stato e, come tale, è additiva.
Per calcolare l'entalpia standard di una reazione, possiamo aggiungere le entalpie standard di formazione dei reagenti e sottrarla dalla somma delle entalpie standard di formazione dei prodotti (Boundless, SF). Detto matematicamente, questo ci dà:
ΔH r ° = Σ ΔH f º (prodotti) - Σ ΔH f º (reagenti).
Le entalpie di reazioni sono generalmente calcolate da entalpie di formazione di reagenti in condizioni normali (pressione di 1 bar e temperatura di 25 gradi Celsius).
Per spiegare questo principio di termodinamica, calcoleremo l'entalpia della reazione per la combustione del metano (CH 4 ) secondo la formula:
CH 4 (g) + 2O 2 (g) → CO 2 (g) + 2H 2 O (g)
Per calcolare l'entalpia standard della reazione, dobbiamo cercare le entalpie standard di formazione per ciascuno dei reagenti e dei prodotti coinvolti nella reazione.
Questi si trovano solitamente in un'appendice o in diverse tabelle online. Per questa reazione, i dati di cui abbiamo bisogno sono:
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.
Si noti che poiché è nel suo stato standard, l'entalpia standard di formazione per il gas dell'ossigeno è 0 kJ / mol.
Successivamente, riassumiamo le nostre entalpie standard di allenamento. Si noti che poiché le unità sono in kJ / mol, è necessario moltiplicare per i coefficienti stechiometrici nell'equazione di reazione bilanciata (Leaf Group Ltd, SF).
Σ ΔH f º (prodotti) = ΔH f º CO 2 +2 ΔH f º H 2 O
Σ ΔH fº (prodotti) = -1 (394 kjoul / mol) -2 (284 kjoul / mol) = -962 kjoul / mol
Σ ΔH f ((reagenti) = ΔH f CH CH 4 + ΔH f O O 2
Σ ΔH f º (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.
