Was ist Reaktionswärme?



Die Reaktionswärme oder Reaktionsenthalpie (ΔH) ist die Änderung der Enthalpie einer chemischen Reaktion, die bei konstantem Druck auftritt (Anne Marie Helmenstine, 2014).

Es ist eine thermodynamische Maßeinheit, die nützlich ist, um die Menge an Energie pro Mol zu berechnen, die in einer Reaktion freigesetzt oder erzeugt wird.

Da die Enthalpie aus Druck, Volumen und innerer Energie abgeleitet wird, die alle Zustandsfunktionen sind, ist die Enthalpie auch eine Funktion des Zustands (Rachel Martin, 2014).

ΔH oder die Enthalpieänderung trat als eine Maßeinheit für die Berechnung der Energieänderung eines Systems auf, wenn es zu schwierig wurde, ΔU oder eine Änderung der internen Energie eines Systems zu finden, wobei gleichzeitig die Menge an Wärme und Arbeit gemessen wurde ausgetauscht.

Bei konstantem Druck ist die Enthalpieänderung gleich der Wärme und kann als ΔH = q gemessen werden.

Die Schreibweise ΔHº oder ΔHºr Es ergibt sich dann, um die genaue Temperatur und den Druck der Reaktionswärme ΔH zu erklären.

Die Standardenthalpie der Reaktion wird durch ΔHº oder ΔHºrxn symbolisiert und kann sowohl positive als auch negative Werte annehmen. Die Einheiten für ΔHº sind Kilojoule pro Mol oder kJ / Mol.

Bisheriges Konzept zum Verständnis der Reaktionswärme: Unterschiede zwischen ΔH und ΔHºr.

Δ = stellt die Änderung der Enthalpie dar (Enthalpie der Produkte abzüglich der Enthalpie der Reaktanten).

Ein positiver Wert zeigt an, dass die Produkte eine höhere Enthalpie aufweisen oder dass es sich um eine endotherme Reaktion handelt (Wärme ist erforderlich).

Ein negativer Wert zeigt an, dass die Reaktanten eine höhere Enthalpie haben oder dass es eine exotherme Reaktion ist (Wärme wird erzeugt).

º = bedeutet, dass die Reaktion eine Standardenthalpieänderung ist und bei einem voreingestellten Druck / Temperatur auftritt.

r = bedeutet, dass diese Änderung die Enthalpie der Reaktion ist.

Der Standardzustand: Der Standardzustand eines Feststoffes oder einer Flüssigkeit ist die Reinsubstanz bei einem Druck von 1 bar oder der gleichen 1 Atmosphäre (105 Pa) und einer Temperatur von 25 ° C, oder was gleich 298 K ist .

Das ΔHºr ist die Standardreaktionswärme oder Standardenthalpie einer Reaktion, und wie ΔH misst auch die Enthalpie einer Reaktion. ΔHºrxn findet jedoch unter "Standard" -Bedingungen statt, was bedeutet, dass die Reaktion bei 25 ° C und 1 atm stattfindet.

Der Vorteil einer Messung von ΔH unter Standardbedingungen liegt in der Fähigkeit, einen Wert von ΔHº mit einem anderen in Beziehung zu setzen, da sie unter den gleichen Bedingungen auftreten (Clark, 2013).

Trainingswärme

Die Standardwärme der Formation, ΔHfº, einer Chemikalie ist die Menge an Wärme absorbiert oder freigesetzt von der Bildung von 1 Mol dieser Chemikalie bei 25 Grad Celsius und 1 bar seiner Elemente in seinen Standard-Staaten.

Ein Element ist in seinem Standardzustand, wenn es in seiner stabilsten Form und seinem physikalischen Zustand (fest, flüssig oder gasförmig) bei 25 Grad Celsius und 1 bar ist (Jonathan Nguyen, 2017).

Zum Beispiel beinhaltet die Standardbildungswärme für Kohlendioxid Sauerstoff und Kohlenstoff als Reagenzien.

Sauerstoff ist stabiler als Gasmoleküle ODER2, während Kohlenstoff stabiler ist als fester Graphit. (Graphit ist unter Standardbedingungen stabiler als Diamant.)

Um die Definition anders auszudrücken, ist die Standardwärme der Formation eine spezielle Art von Standardreaktionswärme.

Die Reaktion ist die Bildung von 1 Mol einer Chemikalie ihrer Elemente in ihren Standardzuständen unter Standardbedingungen.

Die Standardwärme der Formation wird auch als Standardenthalpie der Formation bezeichnet (obwohl es sich tatsächlich um eine Änderung der Enthalpie handelt).

Per Definition würde die Bildung eines Elements an sich keine Änderung der Enthalpie bewirken, so dass die Standardreaktionswärme für alle Elemente gleich Null ist (Cai, 2014).

Berechnung der Reaktionsenthalpie

1- Experimentelle Berechnung

Die Enthalpie kann experimentell unter Verwendung eines Kalorimeters gemessen werden. Ein Kalorimeter ist ein Instrument, bei dem eine Probe durch elektrische Kabel reagiert, die die Aktivierungsenergie liefern. Die Probe befindet sich in einem Behälter, der von Wasser umgeben ist, das ständig gerührt wird.

Wenn mit einer Temperaturänderung gemessen wird, die auftritt, wenn die Probe reagiert, und die spezifische Wärme des Wassers und seiner Masse bekannt ist, wird die von der Reaktion freigesetzte oder absorbierte Wärme mittels der Gleichung q = Cesp x m x ΔT berechnet.

In dieser Gleichung ist q Wärme, Cesp ist die spezifische Wärme in diesem Fall von Wasser, die gleich 1 Kalorie pro Gramm ist, m ist die Masse von Wasser und ΔT ist die Temperaturänderung.

Das Kalorimeter ist ein isoliertes System mit konstantem Druck, also ΔHr= q

2- Theoretische Berechnung

Die Änderung der Enthalpie hängt nicht vom jeweiligen Reaktionsweg ab, sondern nur vom Gesamtenergiegehalt der Produkte und Reagenzien. Enthalpie ist eine Funktion des Zustandes und als solche additiv.

Um die Standardenthalpie einer Reaktion zu berechnen, können wir die Standardenthalpien der Bildung der Reaktanten addieren und sie von der Summe der Standardenthalpien der Bildung der Produkte subtrahieren (Boundless, S.F.). Mathematisch gesagt gibt uns das:

ΔHr° = Σ ΔHfº (Produkte) - Σ ΔHfº (Reaktanten).

Die Reaktionsenthalpien werden üblicherweise aus Enthalpien der Reagensbildung unter Normalbedingungen (Druck 1 bar und Temperatur 25 Grad Celsius) berechnet.

Um dieses Prinzip der Thermodynamik zu erklären, berechnen wir die Enthalpie der Reaktion für die Verbrennung von Methan (CH4) nach der Formel:

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

Um die Standardenthalpie der Reaktion zu berechnen, müssen wir nach den Standardenthalpien der Bildung für jeden der Reaktanten und Produkte, die an der Reaktion beteiligt sind, suchen.

Diese befinden sich normalerweise in einem Anhang oder in mehreren Online-Tabellen. Für diese Reaktion benötigen wir folgende Daten:

HfCH4 (g) = -75 kjoul / mol

Hfº O2 (g) = 0 kjoul / mol

HfCO2 (g) = -394 kjoul / mol

Hfº H2O (g) = -284 kjoul / mol

Man beachte, dass die Standardbildungsenthalpie für Sauerstoffgas 0 kJ / mol ist, da es sich in seinem Standardzustand befindet.

Als nächstes fassen wir unsere Standardenthalpien des Trainings zusammen. Da die Einheiten in kJ / Mol sind, müssen wir mit den stöchiometrischen Koeffizienten in der ausgeglichenen Reaktionsgleichung multiplizieren (Leaf Group Ltd., S.F.).

Σ ΔHfº (Produkte) = ΔHfCO2 +2 ΔHfº H2O

Σ ΔHfº (Produkte) = -1 (394 kjoul / mol) -2 (284 kjoul / mol) = -962 kjoul / mol

Σ ΔHfº (Reaktanten) = ΔHfCH4 + ΔHfº O2

Σ ΔHfº (Reaktanten) = -75 kjoul / mol + 2 (0 kjoul / mol) = -75 kjoul / mol

Jetzt können wir die Standardenthalpie der Reaktion finden:

ΔHr° = Σ ΔHfº (Produkte) - Σ ΔHfº (Reaktanten) = (- 962) - (- 75) =

ΔHr° = - 887 kJ / mol

Referenzen

  1. Anne Marie Helmenstine. (2014, 11. Juni). Reaktionsenthalpie Definition. Von thinkco: gedankenco.com.
  2. (S.F.) Standardenthalpie der Reaktion. Wiederhergestellt von grenzenlos: grenzenlos.com.
  3. Cai, E. (2014, 11. März). Standardbildungswärme. Zurückgewonnen von chemicalstatistiker: chemicalstatistician.wordpress.com.
  4. Clark, J. (2013, Mai). Verschiedene Definitionen der Enthalpieänderung. Von chemguide.de: chemguide.de
  5. Jonathan Nguyen, G. L. (2017, 9. Februar). Standardenthalpie der Bildung. Von chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
  6. Leaf Group Ltd. (S.F.). Wie man Enthalpien der Reaktion berechnet. Wiedergewonnen von der Erfahrung: scening.com.
  7. Rachel Martin, E. Y. (2014, 7. Mai). Hitze der Reaktion. Von chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.