The entalpie reakce je termodynamická funkce, která umožňuje vypočítat teplo získané nebo dodané při chemické reakci za předpokladu, že k této reakci došlo při konstantním tlaku. Je definována jako vnitřní energie U plus součin tlaku P objemem V látek, které se účastní chemické reakce, takto: H = U + P ∙ V
Entalpie má tedy rozměry energie a v mezinárodním systému měření se měří v Joulech. Abychom porozuměli vztahu entalpie s teplem vyměňovaným při chemické reakci, je třeba si pamatovat první zákon termodynamiky, který uvádí následující: Q = ΔU + W
První zákon stanoví, že teplo vyměňované v termodynamickém procesu se rovná změně vnitřní energie látek zapojených do procesu plus práci odvedené látkami v procesu..
V každém procesu se práce W vypočítá podle následujícího vztahu:
Ve výše uvedeném výrazu je Vi počáteční objem, Vf konečný objem a P tlak. Pokud se proces provádí při konstantním tlaku P, bude výsledná práce:
Kde ΔV je změna objemu.
Rejstřík článků
Chemické reakce jsou termodynamické procesy, ke kterým obvykle dochází při konstantním tlaku a velmi často za atmosférického tlaku. Tento typ termodynamických procesů se nazývá „isobarický“, protože k němu dochází při konstantním tlaku.
V tomto případě lze první zákon termodynamiky napsat takto:
Qp = ΔU + P ∙ ΔV
Kde Qp znamená, že teplo bylo vyměněno za konstantního tlaku. Pokud je definice entalpie H = U + P ∙ V zavedena v předchozím výrazu, získáme pak:
Qp = ΔH
Pozitivní změna entalpie tedy naznačuje reakci, která vzala teplo z prostředí. Toto je endotermická reakce.
Naopak, pokud je změna entalpie negativní, pak jde o exotermickou reakci.
Slovo entalpie ve skutečnosti pochází z řeckého slova enthalpien, jehož význam je „zahřát“.
Entalpie se také často nazývá teplo. Mělo by však být jasné, že to není totéž jako teplo, ale je to výměna tepla během termodynamického procesu, která mění entalpii.
Na rozdíl od tepla je entalpie funkcí státu. Při výpočtu změny entalpie se vypočítá rozdíl dvou funkcí, které závisí výhradně na stavu systému, jako je vnitřní energie a objem..
ΔH = ΔU + P ∙ ΔV
Vzhledem k tomu, že tlak zůstává v reakci konstantní, je entalpie reakce stavovou funkcí, která závisí pouze na vnitřní energii a objemu..
V chemické reakci lze entalpii reaktantů definovat jako součet entalpie každého z nich; a to produktů jako součet entalpie všech produktů.
Změna entalpie v reakci je rozdíl produktů mínus reaktantů:
V endotermické reakci je entalpie produktů větší než entalpie reakčních složek; to znamená, že reakce bere teplo z prostředí. Naopak, při exotermické reakci je entalpie reaktantů větší než entalpie produktů, protože reakce vzdává teplo prostředí.
Protože změna entalpie v chemické reakci může záviset na tlaku a teplotě, je obvyklé definovat standardní reakční podmínky:
Standardní reakční teplota: 25 ° C.
Standardní reakční tlak: 1 atm = 1 bar.
Standardní entalpie se označuje takto: H °
V termochemické rovnici nezáleží jen na reaktantech a produktech, záleží také na změně entalpie. Entalpií se rozumí reakce na změnu, která během ní proběhla.
Jako příklad se podívejme na následující reakce:
2 H2 (plyn) + O2 (plyn) → 2 H2O (kapalina); ΔH ° = -571,6 kJ (exotermní).
H2 (plyn) + (½) O2 (plyn) → H2O (kapalina); ΔH ° = -285,8 kJ (exotermní).
2 H2O (kapalina) → 2 H2 (plyn) + O2 (plyn); ΔH ° = +571,6 kJ (endotermický).
Pokud se podmínky chemické rovnice násobí nebo dělí určitým faktorem, pak se entalpie násobí nebo dělí stejným.
Pokud je reakce obrácena, pak je také obráceno znaménko entalpie reakce.
Acetylenový plyn C2H2 se získává reakcí karbidu vápníku CaC2, který přichází v granulované formě s vodou při teplotě a tlaku okolí..
Jako data máme entalpie tvorby reaktantů:
ΔH ° (CaC2) = -59,0 kJ / mol
ΔH ° (H20) = -285,8 kJ / mol
A entalpie tvorby produktů:
ΔH ° (C2H2) = +227,0 kJ / mol
AH ° (Ca (OH) 2) = -986,0 kJ / mol
Najděte standardní entropii reakce.
První věcí je navrhnout vyváženou chemickou rovnici:
CaC2 (s) + 2H20 (l) → Ca (OH) 2 (s) + C2H2 (g)
A nyní entalpie reaktantů, produktů a reakce:
- Reagencie: -59,0 kJ / mol -2 ∙ 285,8 kJ / mol = -630,6 kJ / mol
- Produkty: -986,0 kJ / mol + 227,0 kJ / mol = -759 kJ / mol
- Reakce: ΔH ° = -759 kJ / mol - (-630 kJ / mol) = -129 kJ / mol
Je to exotermická reakce.
Když se za standardních podmínek spaluje 1 litr acetylenu, kolik tepla se vydává?
Jakmile je vyvážená, vypadá spalovací reakce acetylenu takto:
C2H2 (g) + (5/2) O2 (g) → 2 CO2 (g) + H20 (l)
Potřebujeme entalpie tvorby produktů:
ΔH ° (CO2) = -393,5 kJ / mol
ΔH ° (H20 (l)) = -285,8 kJ / mol
S těmito údaji můžeme vypočítat entalpii produktů:
ΔH ° (produkty) = 2 * (- 393,5 kJ / mol) + (-285,8 kJ / mol) = -1072,8 kJ / mol
A entalpie tvorby reaktantů:
ΔH ° (C2H2) = 227,0 kJ / mol
ΔH ° (O2) = 0,0 kJ / mol
Entalpie reaktantů bude:
227,0 kJ / mol + (5/2) * 0,0 = 227,0 kJ / mol
Molární reakční entalpie pak bude: ΔH ° (produkty) - ΔH ° (reaktanty) = -1072,8 kJ / mol - 227,0 kJ / mol = -1299,8 kJ / mol
Nyní musíme vědět, kolik molů acetylenu je litr acetylenu za standardních podmínek. K tomu použijeme stavovou rovnici ideálního plynu, ze které budeme řešit počet molů.
Počet mol 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
Entalpie spalování 1 litru acetylenu je 0,041 mol * (-1299,8 kJ / mol) = -53,13 kJ
Záporné znaménko znamená, že jde o exotermickou reakci, při které se uvolní 53,13 kJ = 12,69 kcal.
Zatím žádné komentáře