ปฏิกิริยาความร้อนคืออะไร?

ความร้อนของปฏิกิริยา หรือเอนทัลปีของปฏิกิริยา (ΔH) คือการเปลี่ยนแปลงในเอนทาลปีของปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นที่ความดันคงที่ (Anne Marie Helmenstine, 2014).

เนื่องจากเอนทาลปีมาจากแรงดันปริมาตรและพลังงานภายในซึ่งเป็นหน้าที่ของรัฐทั้งหมดเอนทาลปีก็เป็นหน้าที่ของรัฐ (Rachel Martin, 2014).

ΔHหรือการเปลี่ยนแปลงเอนทัลปีกลายเป็นหน่วยวัดสำหรับการคำนวณการเปลี่ยนแปลงพลังงานของระบบเมื่อมันยากเกินกว่าที่จะหาค่าΔUหรือการเปลี่ยนแปลงในพลังงานภายในของระบบพร้อมกันวัดปริมาณความร้อนและการทำงาน สบตา.

เมื่อความดันคงที่การเปลี่ยนแปลงเอนทัลปีเท่ากับความร้อนและสามารถวัดได้ในรูปΔH = q.

สัญกรณ์ΔHºหรือΔHº_R จากนั้นเกิดขึ้นเพื่ออธิบายอุณหภูมิและความดันที่แม่นยำของความร้อนของปฏิกิริยาΔH.

เอนทาลปีมาตรฐานของปฏิกิริยามีสัญลักษณ์โดยbyHºหรือΔHºrxnและสามารถสันนิษฐานได้ทั้งค่าบวกและค่าลบ หน่วยสำหรับΔHºเป็นกิโลจูลต่อโมลหรือ kj / mol.

แนวคิดก่อนหน้าเพื่อทำความเข้าใจความร้อนของปฏิกิริยา: ความแตกต่างระหว่างΔHและΔHº_R.

Δ = หมายถึงการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปี (เอนทาลปีของผลิตภัณฑ์ลบเอนทาลปีของสารตั้งต้น).

ค่าบวกบ่งชี้ว่าผลิตภัณฑ์มีเอนทัลปีที่สูงขึ้นหรือว่าเป็นปฏิกิริยาดูดความร้อน (ต้องการความร้อน).

ค่าลบแสดงว่าสารตั้งต้นมีเอนทาลปีที่สูงขึ้นหรือเป็นปฏิกิริยาคายความร้อน (ผลิตความร้อน).

º = หมายถึงปฏิกิริยาคือการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีมาตรฐานและเกิดขึ้นที่ความดัน / อุณหภูมิที่กำหนดไว้ล่วงหน้า.

r = หมายถึงว่าการเปลี่ยนแปลงนี้เป็นเอนทาลปีของปฏิกิริยา.

สถานะมาตรฐาน: สถานะมาตรฐานของของแข็งหรือของเหลวคือสารบริสุทธิ์ที่ความดัน 1 บาร์หรือ 1 บรรยากาศเดียวกัน (105 Pa) และอุณหภูมิ 25 ° C หรืออะไรคือ 298 K.

ΔHº_R คือความร้อนมาตรฐานของปฏิกิริยาหรือเอนทาลปีมาตรฐานของปฏิกิริยาและเนื่องจากΔHยังวัดค่าเอนทาลปีของปฏิกิริยา อย่างไรก็ตามΔHºrxnเกิดขึ้นภายใต้เงื่อนไข "มาตรฐาน" ซึ่งหมายความว่าปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นที่25ºCและ 1 atm.

ประโยชน์ของการวัดค่าΔHภายใต้เงื่อนไขมาตรฐานนั้นอยู่ในความสามารถในการเชื่อมโยงค่าของΔHºกับอีกค่าหนึ่งเนื่องจากเกิดขึ้นในสภาพเดียวกัน (Clark, 2013).

ฝึกอบรมความร้อน

ความร้อนมาตรฐานของการก่อ, ΔH_Fºของสารเคมีคือปริมาณความร้อนที่ดูดซับหรือปล่อยออกมาจากการก่อตัวของ 1 โมลของสารเคมีนั้นที่ 25 องศาเซลเซียสและ 1 บาร์ขององค์ประกอบในสถานะมาตรฐาน.

องค์ประกอบอยู่ในสถานะมาตรฐานหากอยู่ในรูปแบบที่เสถียรที่สุดและสถานะทางกายภาพ (ของแข็งของเหลวหรือก๊าซ) ที่ 25 องศาเซลเซียสและ 1 บาร์ (Jonathan Nguyen, 2017).

ยกตัวอย่างเช่นความร้อนมาตรฐานของการก่อตัวของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์หมายถึงออกซิเจนและคาร์บอนเป็นสารตั้งต้น.

ออกซิเจนมีเสถียรภาพมากขึ้นเนื่องจากโมเลกุลของก๊าซหรือ₂, ในขณะที่คาร์บอนมีความเสถียรมากกว่ากราไฟท์แข็ง (กราไฟท์มีความเสถียรมากกว่าเพชรภายใต้เงื่อนไขมาตรฐาน)

ในการแสดงคำจำกัดความในอีกทางหนึ่งความร้อนมาตรฐานของการก่อตัวเป็นปฏิกิริยาความร้อนมาตรฐานชนิดพิเศษ.

ปฏิกิริยาคือการก่อตัวของ 1 โมลของสารเคมีขององค์ประกอบในสถานะมาตรฐานของพวกเขาภายใต้เงื่อนไขมาตรฐาน.

ความร้อนมาตรฐานของการก่อตัวเรียกอีกอย่างว่าเอนทาลปีมาตรฐานของการก่อตัว.

ตามคำนิยามการก่อตัวขององค์ประกอบของตัวเองจะไม่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในเอนทาลปีดังนั้นความร้อนมาตรฐานของปฏิกิริยาสำหรับองค์ประกอบทั้งหมดเป็นศูนย์ (Cai, 2014).

การคำนวณเอนทาลปีของปฏิกิริยา

1- การคำนวณเชิงทดลอง

เอนทาลปีสามารถวัดได้โดยใช้เครื่องวัดความร้อน เครื่องวัดความร้อนเป็นเครื่องมือที่มีปฏิกิริยาตัวอย่างผ่านสายไฟฟ้าที่ให้พลังงานกระตุ้น ตัวอย่างอยู่ในภาชนะที่ล้อมรอบด้วยน้ำซึ่งสั่นอยู่ตลอดเวลา.

เมื่อทำการวัดด้วยการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่เกิดขึ้นเมื่อทำปฏิกิริยาตัวอย่างและรู้ความร้อนเฉพาะของน้ำและมวลของมันความร้อนที่ปลดปล่อยหรือดูดซับปฏิกิริยาจะคำนวณโดยใช้สมการ q = Cesp x m x ΔT.

ในสมการนี้ q คือความร้อน, Cesp คือความร้อนเฉพาะในกรณีนี้ของน้ำที่เท่ากับ 1 แคลอรี่ต่อกรัม, m คือมวลของน้ำและΔTคือการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ.

ความร้อนเป็นระบบแยกที่มีแรงดันคงที่ดังนั้นΔH_R= q

2- การคำนวณเชิงทฤษฎี

การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีไม่ได้ขึ้นอยู่กับเส้นทางเฉพาะของปฏิกิริยา แต่ขึ้นอยู่กับระดับพลังงานโดยรวมของผลิตภัณฑ์และรีเอเจนต์ เอนทาลปีเป็นหน้าที่ของรัฐและเป็นสารเติมแต่ง.

ในการคำนวณเอนทาลปีมาตรฐานของปฏิกิริยาเราสามารถเพิ่มเอนทาลปีมาตรฐานของการก่อตัวของสารตั้งต้นและลบออกจากผลรวมของเอนทาลปีมาตรฐานของการก่อตัวของผลิตภัณฑ์ (ไร้ขอบเขต, S.F. ) กล่าวตามหลักคณิตศาสตร์แล้วสิ่งนี้ทำให้เรา:

.DELTA.H_R° = ΣΔH_Fº (ผลิตภัณฑ์) - ΣΔH_Freact (สารตั้งต้น).

เอนทาลปีของปฏิกิริยามักจะคำนวณจากเอนทาลปีของการก่อตัวของสารทำปฏิกิริยาภายใต้สภาวะปกติ (ความดัน 1 บาร์และอุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส).

เพื่ออธิบายหลักการของอุณหพลศาสตร์นี้เราจะคำนวณเอนทาลปีของปฏิกิริยาสำหรับการเผาไหม้ของมีเธน (CH₄) ตามสูตร:

CH₄ (g) + 2O₂ (g) → CO₂ (g) + 2H₂O (g)

ในการคำนวณเอนทาลปีมาตรฐานของการเกิดปฏิกิริยาเราต้องมองหาเอนทาลปีมาตรฐานของการก่อตัวของแต่ละตัวทำปฏิกิริยาและผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องในปฏิกิริยา.

มักจะพบได้ในภาคผนวกหรือในตารางออนไลน์ต่างๆ สำหรับปฏิกิริยานี้ข้อมูลที่เราต้องการคือ:

H_Fº CH₄ (g) = -75 kjoul / mol.

H_Fº O₂ (g) = 0 kjoul / mol.

H_Fº CO₂ (g) = -394 kjoul / mol.

H_Fºชั่วโมง₂O (g) = -284 kjoul / mol.

โปรดทราบว่าเนื่องจากอยู่ในสถานะมาตรฐานเอนทาลปีของการก่อตัวของก๊าซออกซิเจนคือ 0 kJ / mol.

ต่อไปเราจะสรุปการฝึกอบรมมาตรฐานของเรา โปรดทราบว่าเนื่องจากหน่วยอยู่ในหน่วย kJ / mol เราจำเป็นต้องคูณด้วยสัมประสิทธิ์ stoichiometric ในสมการปฏิกิริยาแบบสมดุล (Leaf Group Ltd, S.F. ).

ΣΔH_Fº (ผลิตภัณฑ์) = ΔH_Fº CO₂ +2 ΔH_Fºชั่วโมง₂O

ΣΔH_Fº (ผลิตภัณฑ์) = -1 (394 kjoul / mol) -2 (284 kjoul / mol) = -962 kjoul / mol

ΣΔH_Fº (สารตั้งต้น) = ΔH_Fº CH₄ + .DELTA.H_Fº O₂

ΣΔH_Fº (สารตั้งต้น) = -75 kjoul / mol + 2 (0 kjoul / mol) = -75 กิโลจูล / โมล

ตอนนี้เราสามารถค้นหาเอนทาลปีมาตรฐานของปฏิกิริยา:

.DELTA.H_R° = ΣΔH_Fº (ผลิตภัณฑ์) - ΣΔH_Fº (สารตั้งต้น) = (- 962) - (- 75) =

.DELTA.H_R° = - 887kJ / mol.

การอ้างอิง

1. Anne Marie Helmenstine (2014, 11 มิถุนายน) Enthalpy of Reaction Definition ดึงมาจาก thinkco: thoughtco.com.
2. ( S.F. ) Enthalpy มาตรฐานของปฏิกิริยา กู้คืนจากไม่มีที่สิ้นสุด: boundless.com.
3. Cai, E. (2014, 11 มีนาคม) ความร้อนมาตรฐานของการก่อตัว กู้คืนจาก chemicalstatistician: chemicalstatistician.wordpress.com.
4. Clark, J. (2013, พฤษภาคม) คำจำกัดความการเปลี่ยนแปลงเอนทัลปีต่างๆ สืบค้นจาก chemguide.co.uk: chemguide.co.uk.
5. Jonathan Nguyen, G. L. (2017, 9 กุมภาพันธ์) Enthalpy มาตรฐานของการก่อตัว สืบค้นจาก chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
6. Leaf Group Ltd. (S.F. ) วิธีการคำนวณ Enthalpies ของปฏิกิริยา กู้คืนจาก sciencing: sciencing.com.
7. Rachel Martin, E. Y. (2014, 7 พฤษภาคม) ความร้อนของปฏิกิริยา สืบค้นจาก chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.