Was ist Reaktionswärme?
Die Reaktionswärme oder Reaktionsenthalpie (ΔH) ist die Änderung der Enthalpie einer bei konstantem Druck ablaufenden chemischen Reaktion (Anne Marie Helmenstine, 2014).
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 ergaben sich als Maßeinheit für die Berechnung der Energieänderung eines Systems, wenn es zu schwierig wurde, das ΔU oder die Änderung der inneren Energie eines Systems zu finden, wobei gleichzeitig die Wärmemenge und die Arbeitsleistung gemessen wurden ausgetauscht.
Bei konstantem Druck ist die Enthalpieänderung gleich der Wärme und kann als ΔH = q gemessen werden.
Die Notation ΔHº oder ΔHºr ergibt sich dann, um die genaue Temperatur und den Druck der Reaktionswärme ΔH zu erklären.
Die Standardreaktionsenthalpie 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 = repräsentiert die Änderung der Enthalpie (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 aufweisen oder dass es sich um eine exotherme Reaktion handelt (Wärme wird erzeugt).
º = bedeutet, dass die Reaktion eine Standard-Enthalpieänderung ist und bei einem voreingestellten Druck / Temperatur abläuft.
r = bedeutet, dass diese Änderung die Enthalpie der Reaktion ist.
Der Standardzustand: Der Standardzustand eines Feststoffs oder einer Flüssigkeit ist der reine Stoff bei einem Druck von 1 bar oder einer gleichen Atmosphäre (105 Pa) und einer Temperatur von 25 ° C oder einer gleichen Temperatur von 298 K .
Das ΔHºr ist die Standardreaktionswärme oder Standardenthalpie einer Reaktion, und als ΔH mißt es auch die Enthalpie einer Reaktion. ΔHºrxn findet jedoch unter "Standard" -Bedingungen statt, was bedeutet, dass die Reaktion bei 25ºC 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 denselben Bedingungen auftreten (Clark, 2013).
Trainingshitze
Die Standardbildungswärme ΔHfº einer Chemikalie ist die Wärmemenge, die bei der Bildung von 1 Mol dieser Chemikalie bei 25 Grad Celsius und 1 bar ihrer Elemente in ihren Standardzuständen absorbiert oder freigesetzt wird.
Ein Element befindet sich in seinem Standardzustand, wenn es sich in seiner stabilsten Form und in seinem physikalischen Zustand (fest, flüssig oder gasförmig) bei 25 Grad Celsius und 1 bar befindet (Jonathan Nguyen, 2017).
Zum Beispiel beinhaltet die Standardbildungswärme für Kohlendioxid Sauerstoff und Kohlenstoff als Reagenzien.
Sauerstoff ist stabiler als O 2 -Gasmoleküle, während Kohlenstoff stabiler als fester Graphit ist. (Graphit ist unter Standardbedingungen stabiler als Diamant.)
Um die Definition anders auszudrücken, ist die Standardbildungswärme 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 für sich selbst keine Änderung der Enthalpie hervorrufen, sodass die Standardreaktionswärme für alle Elemente 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 über elektrische Kabel zur Reaktion gebracht wird, 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 bei der Reaktion der Probe auftritt, und die spezifische Wärme des Wassers und seine Masse bekannt sind, wird die Wärme, die die Reaktion freisetzt oder absorbiert, durch die Gleichung q = Cesp xmx ΔT berechnet.
In dieser Gleichung ist q Wärme, Cesp ist die spezifische Wärme in diesem Fall von Wasser, die 1 Kalorie pro Gramm entspricht, m ist die Wassermasse und ΔT ist die Temperaturänderung.
Das Kalorimeter ist ein isoliertes System mit konstantem Druck, dh ΔH r = q
2- Theoretische Berechnung
Die Enthalpieänderung hängt nicht vom jeweiligen Reaktionsverlauf ab, sondern nur von der Gesamtenergie der Produkte und Reagenzien. Die Enthalpie ist eine Funktion des Zustands und als solche additiv.
Um die Standardenthalpie einer Reaktion zu berechnen, können wir die Standard-Bildungsenthalpie der Reaktanten addieren und von der Summe der Standard-Bildungsenthalpie der Produkte abziehen (Boundless, SF). Mathematisch ausgedrückt ergibt dies:
ΔH r ° = Σ ΔH f º (Produkte) - Σ ΔH f º (Reaktanten).
Die Reaktionsenthalpien werden normalerweise aus den Reagenzienbildungsenthalpien unter normalen Bedingungen (Druck von 1 bar und Temperatur 25 Grad Celsius) berechnet.
Um dieses Prinzip der Thermodynamik zu erklären, berechnen wir die Reaktionsenthalpie für die Verbrennung von Methan (CH 4 ) nach der Formel:
CH 4 (g) + 2O 2 (g) → CO 2 (g) + 2H 2 O (g)
Um die Standard-Reaktionsenthalpie zu berechnen, müssen wir die Standard-Bildungsenthalpie für jeden der an der Reaktion beteiligten Reaktanten und Produkte ermitteln.
Diese finden Sie in der Regel in einem Anhang oder in mehreren Online-Tabellen. Für diese Reaktion benötigen wir folgende Daten:
H fºCH & sub4; (g) = -75 kJoul / mol.
H f O 2 (g) = 0 kJoul / mol.
HfCO & sub2; (g) = -394 kJoul / mol.
HfH & sub2; O (g) = -284 kJoul / mol.
Es ist zu beachten, dass die Standard-Bildungsenthalpie für Sauerstoffgas 0 kJ / mol beträgt, da es sich in seinem Standardzustand befindet.
Als nächstes fassen wir unsere Standard-Trainingsenthalpien zusammen. Beachten Sie, dass wir, da die Einheiten in kJ / mol angegeben sind, mit den stöchiometrischen Koeffizienten in der ausgeglichenen Reaktionsgleichung (Leaf Group Ltd, SF) multiplizieren müssen.
Σ ΔH f º (Produkte) = ΔH f º CO 2 +2 ΔH f º H 2 O
Σ ΔHfº (Produkte) = -1 (394 kJoul / Mol) -2 (284 kJoul / Mol) = -962 kJoul / Mol
ΔHf ((Reaktanten) = ΔHfCHCH & sub4; + ΔHfOO & sub2 ;.
(Reaktanten) = -75 kJoul / mol + 2 (0 kJoul / mol) = -75 kJoul / mol
Nun können wir die Standardenthalpie der Reaktion ermitteln:
ΔH r ° = Σ ΔH fº (Produkte) - Σ ΔH fº (Reaktanten) = (- 962) - (- 75) =
ΔH r ° = –887 kJ / mol.
