entalpia de reacție este o funcție termodinamică care permite calcularea căldurii obținute sau livrate într-o reacție chimică, cu condiția ca această reacție să aibă loc la presiune constantă. Este definită ca energia internă U plus produsul presiunii P de volumul V al substanțelor care iau parte la o reacție chimică, după cum urmează: H = U + P ∙ V
Prin urmare, entalpia are dimensiuni de energie, iar în sistemul internațional de măsurători este măsurată în Jouli. Pentru a înțelege relația entalpiei cu căldura schimbată într-o reacție chimică, este necesar să ne amintim de prima lege a termodinamicii, care prevede următoarele: Q = ΔU + W
Prima lege stabilește că căldura schimbată într-un proces termodinamic este egală cu variația energiei interne a substanțelor implicate în proces plus munca efectuată de substanțele menționate în proces..
În orice proces, lucrarea W este calculată prin următoarea relație:
În expresia de mai sus Vi este volumul inițial, Vf volumul final și P presiunea. Dacă procesul se desfășoară la presiune constantă P, atunci lucrarea rezultată va fi:
Unde ΔV este modificarea volumului.
Indice articol
Reacțiile chimice sunt procese termodinamice care apar în general la presiune constantă și foarte frecvent la presiune atmosferică. Acest tip de procese termodinamice se numește "izobaric", deoarece are loc la presiune constantă.
În acest caz, prima lege a termodinamicii poate fi scrisă astfel:
Qp = ΔU + P ∙ ΔV
În cazul în care Qp indică faptul că căldura a fost schimbată la presiune constantă. Dacă definiția entalpiei H = U + P ∙ V este introdusă în expresia anterioară, obținem atunci:
Qp = ΔH
Prin urmare, o schimbare de entalpie pozitivă indică o reacție care a luat căldură din mediu. Aceasta este o reacție endotermă.
Dimpotrivă, dacă modificarea entalpiei este negativă atunci este o reacție exotermă.
De fapt, cuvântul entalpie provine din cuvântul grecesc enthalpien, al cărui sens este „a încălzi”.
Entalpia este adesea numită și căldură. Dar ar trebui să fie clar că nu este același lucru cu căldura, dar schimbul de căldură din timpul procesului termodinamic este cel care schimbă entalpia..
Spre deosebire de căldură, entalpia este o funcție de stare. Când se calculează modificarea entalpiei, se calculează diferența a două funcții care depind exclusiv de starea sistemului, cum ar fi energia internă și volumul..
ΔH = ΔU + P ∙ ΔV
Deoarece presiunea rămâne constantă în reacție, atunci entalpia reacției este o funcție de stare care depinde doar de energia internă și de volum..
Într-o reacție chimică, entalpia reactanților poate fi definită ca suma celei fiecăruia dintre ei; și cea a produselor ca suma entalpiei tuturor produselor.
Modificarea entalpiei într-o reacție este diferența produselor minus cea a reactanților:
Într-o reacție endotermică, entalpia produselor este mai mare decât cea a reactanților; adică reacția ia căldură din mediu. Dimpotrivă, într-o reacție exotermă, entalpia reactanților este mai mare decât cea a produselor, deoarece reacția cedează căldura mediului.
Deoarece schimbarea entalpiei într-o reacție chimică poate depinde de presiune și temperatură, este obișnuit să se definească condițiile de reacție standard:
Temperatura de reacție standard: 25 ° C.
Presiunea de reacție standard: 1 atm = 1 bar.
Entalpia standard este notată astfel: H °
Într-o ecuație termochimică, contează nu numai reactanții și produsele, ci contează și variația entalpiei. Entalpia este înțeleasă ca reacția la schimbarea care a avut loc în timpul aceleiași.
De exemplu, să analizăm următoarele reacții:
2 H2 (gaz) + O2 (gaz) → 2 H2O (lichid); ΔH ° = -571,6 kJ (exotermic).
H2 (gaz) + (½) O2 (gaz) → H2O (lichid); ΔH ° = -285,8 kJ (exotermic).
2 H2O (lichid) → 2 H2 (gaz) + O2 (gaz); ΔH ° = +571,6 kJ (endotermic).
Dacă termenii unei ecuații chimice sunt înmulțiți sau împărțiți cu un anumit factor, atunci entalpia este înmulțită sau împărțită cu același.
Dacă reacția este inversată, atunci semnul entalpiei de reacție este, de asemenea, inversat.
Acetilen gazos C2H2 se obține din reacția carburii de calciu CaC2 care vine sub formă granulată cu apă la temperatura și presiunea ambiantă..
Ca date, avem entalpii de formare a reactanților:
ΔH ° (CaC2) = -59,0 kJ / mol
ΔH ° (H20) = -285,8 kJ / mol
Și entalpia formării produselor:
ΔH ° (C2H2) = +227,0 kJ / mol
ΔH ° (Ca (OH) 2) = -986,0 kJ / mol
Găsiți entropia standard a reacției.
Primul lucru este să propunem ecuația chimică echilibrată:
CaC2 (s) + 2H20 (l) → Ca (OH) 2 (s) + C2H2 (g)
Și acum entalpiile reactanților, produselor și reacției:
- Reactivi: -59,0 kJ / mol -2 ∙ 285,8 kJ / mol = -630,6 kJ / mol
- Produse: -986,0 kJ / mol + 227,0 kJ / mol = -759 kJ / mol
- Reacție: ΔH ° = -759 kJ / mol - (-630 kJ / mol) = -129 kJ / mol
Este o reacție exotermă.
Când 1 litru de acetilenă este ars în condiții standard, câtă căldură se degajă?
Odată echilibrată, reacția de ardere a acetilenei arată astfel:
C2H2 (g) + (5/2) O2 (g) → 2 CO2 (g) + H20 (l)
Avem nevoie de entalpii de formare a produselor:
ΔH ° (CO2) = -393,5 kJ / mol
ΔH ° (H2O (l)) = -285,8 kJ / mol
Cu aceste date putem calcula entalpia produselor:
ΔH ° (produse) = 2 * (- 393,5 kJ / mol) + (-285,8 kJ / mol) = -1072,8 kJ / mol
Și entalpia de formare a reactanților:
ΔH ° (C2H2) = 227,0 kJ / mol
ΔH ° (O2) = 0,0 kJ / mol
Entalpia reactanților va fi:
227,0 kJ / mol + (5/2) * 0,0 = 227,0 kJ / mol
Entalpia de reacție molară va fi apoi: ΔH ° (produse) - ΔH ° (reactanți) = -1072,8kJ / mol - 227,0 kJ / mol = -1299,8 kJ / mol
Acum trebuie să știm câte moli de acetilenă sunt un litru de acetilenă în condiții standard. Pentru aceasta vom folosi ecuația de stare a unui gaz ideal, din care vom rezolva numărul de moli.
Număr de moli n = P * V / (R * T)
P = 1 atm = 1,013 x 10⁵ Pa
V = 1 l = 1,0 x 10 ^ -3 m³
R = 8,31 J / (mol * K)
T = 25 ° C = 298,15 K
n = 0,041 mol
Entalpia de ardere a 1 litru de acetilenă este de 0,041 mol * (-1299,8 kJ / mol) = -53,13 kJ
Semnul negativ indică faptul că este o reacție exotermă care emite 53,13 kJ = 12,69 kcal.
Nimeni nu a comentat acest articol încă.