ปฏิกิริยาความร้อนคืออะไร?
ความร้อนของปฏิกิริยา หรือเอนทาลปีของปฏิกิริยา (ΔH) เป็นการเปลี่ยนแปลงของเอนทาลปีของปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นที่ความดันคงที่ (Anne Marie Helmenstine, 2014)
เนื่องจากเอนทาลปีมาจากแรงดันปริมาตรและพลังงานภายในซึ่งเป็นหน้าที่ของรัฐทั้งหมดเอนทาลปีก็เป็นหน้าที่ของรัฐ (Rachel Martin, 2014)
ΔHหรือการเปลี่ยนแปลงเอนทัลปีกลายเป็นหน่วยวัดสำหรับการคำนวณการเปลี่ยนแปลงพลังงานของระบบเมื่อมันยากเกินกว่าที่จะหาค่าΔUหรือการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของระบบพร้อมกันวัดปริมาณความร้อนและงาน แลกเปลี่ยน
เมื่อความดันคงที่การเปลี่ยนแปลงเอนทัลปีเท่ากับความร้อนและสามารถวัดได้ในรูปΔH = q
สัญกรณ์ΔHºหรือΔHº r เกิดขึ้นเพื่ออธิบายอุณหภูมิและความดันที่แม่นยำของความร้อนของปฏิกิริยา reactionH
เอนทาลปีมาตรฐานของปฏิกิริยามีสัญลักษณ์โดยbyHºหรือΔHΔrxnและสามารถสันนิษฐานได้ว่าค่าบวกและลบ หน่วยสำหรับΔHºเป็นกิโลจูลต่อโมลหรือ kj / mol
แนวคิดก่อนหน้าเพื่อทำความเข้าใจความร้อนของปฏิกิริยา: ความแตกต่างระหว่างΔHและΔHº r
Δ = แสดงถึงการเปลี่ยนแปลงในเอนทาลปี (เอนทาลปีของผลิตภัณฑ์ลบเอนทาลปีของสารตั้งต้น)
ค่าบวกบ่งชี้ว่าผลิตภัณฑ์มีเอนทัลปีที่สูงขึ้นหรือว่าเป็นปฏิกิริยาดูดความร้อน (ต้องใช้ความร้อน)
ค่าลบแสดงว่าสารตั้งต้นมีเอนทาลปีสูงขึ้นหรือเป็นปฏิกิริยาคายความร้อน (ผลิตความร้อน)
º = หมายความว่าปฏิกิริยาคือการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีมาตรฐานและเกิดขึ้นที่ความดัน / อุณหภูมิที่กำหนดไว้ล่วงหน้า
r = หมายถึงว่าการเปลี่ยนแปลงนี้เป็นเอนทาลปีของปฏิกิริยา
สถานะมาตรฐาน: สถานะมาตรฐานของของแข็งหรือของเหลวคือสารบริสุทธิ์ที่ความดัน 1 บาร์หรือ 1 บรรยากาศเดียวกัน (105 Pa) และอุณหภูมิ 25 ° C หรืออะไรคือ 298 K เดียวกัน .
ΔHº r คือความร้อนปฏิกิริยามาตรฐานหรือเอนทัลปีมาตรฐานของปฏิกิริยาและเมื่อΔHมันยังวัดค่าเอนทาลปีของปฏิกิริยา อย่างไรก็ตามΔHºrxnเกิดขึ้นภายใต้เงื่อนไข "มาตรฐาน" ซึ่งหมายความว่าปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นที่ 25 ° C และ 1 atm
ประโยชน์ของการวัดค่าΔHภายใต้เงื่อนไขมาตรฐานนั้นอยู่ในความสามารถในการเชื่อมโยงค่าของΔH another กับอีกค่าหนึ่งเนื่องจากเกิดขึ้นในสภาพเดียวกัน (Clark, 2013)
ฝึกอบรมความร้อน
ความร้อนมาตรฐานของการก่อตัว, ΔH f º, ของสารเคมีคือปริมาณความร้อนที่ดูดซับหรือปล่อยออกมาจากการก่อตัวของ 1 โมลของสารเคมีนั้นที่ 25 องศาเซลเซียสและ 1 บาร์ขององค์ประกอบในสถานะมาตรฐาน
องค์ประกอบอยู่ในสถานะมาตรฐานหากอยู่ในรูปแบบที่เสถียรที่สุดและสถานะทางกายภาพ (ของแข็งของเหลวหรือก๊าซ) ที่ 25 องศาเซลเซียสและ 1 บาร์ (Jonathan Nguyen, 2017)
ตัวอย่างเช่นความร้อนมาตรฐานของการก่อตัวของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เกี่ยวข้องกับออกซิเจนและคาร์บอนเป็นสารทำปฏิกิริยา
ออกซิเจนมีความเสถียรมากกว่าโมเลกุลของก๊าซ O 2 ในขณะที่คาร์บอนมีความเสถียรมากกว่ากราไฟท์แข็ง (กราไฟท์มีความเสถียรมากกว่าเพชรภายใต้เงื่อนไขมาตรฐาน)
ในการแสดงคำจำกัดความในอีกทางหนึ่งความร้อนมาตรฐานของการก่อตัวเป็นประเภทความร้อนมาตรฐานของปฏิกิริยา
ปฏิกิริยาคือการก่อตัวของ 1 โมลของสารเคมีขององค์ประกอบในสถานะมาตรฐานของพวกเขาภายใต้เงื่อนไขมาตรฐาน
ความร้อนมาตรฐานของการก่อตัวเรียกอีกอย่างหนึ่งว่าเอนทาลปีมาตรฐานของการก่อตัว (แม้ว่ามันจะเป็นการเปลี่ยนเอนทาลปีจริง ๆ )
ตามคำนิยามการก่อตัวขององค์ประกอบของตัวเองจะไม่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในเอนทาลปีดังนั้นความร้อนมาตรฐานของปฏิกิริยาสำหรับองค์ประกอบทั้งหมดเป็นศูนย์ (Cai, 2014)
การคำนวณเอนทาลปีของปฏิกิริยา
1- การคำนวณเชิงทดลอง
เอนทาลปีสามารถวัดได้โดยใช้เครื่องวัดความร้อน เครื่องวัดความร้อนเป็นเครื่องมือที่มีปฏิกิริยาตัวอย่างผ่านสายไฟฟ้าที่ให้พลังงานกระตุ้น ตัวอย่างอยู่ในภาชนะที่ล้อมรอบด้วยน้ำซึ่งกวนตลอดเวลา
เมื่อวัดด้วยการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่เกิดขึ้นเมื่อทำปฏิกิริยาตัวอย่างและรู้ความร้อนเฉพาะของน้ำและมวลของมันความร้อนที่ปลดปล่อยหรือดูดซับปฏิกิริยาจะถูกคำนวณโดยสมการ q = Cesp xmx ΔT
ในสมการนี้ q คือความร้อน, Cesp คือความร้อนเฉพาะในกรณีของน้ำที่เท่ากับ 1 แคลอรี่ต่อกรัม, m คือมวลของน้ำและΔTคือการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ
ความร้อนเป็นระบบแยกที่มีแรงดันคงที่ดังนั้นΔH r = q
2- การคำนวณเชิงทฤษฎี
การเปลี่ยนแปลงเอนทัลปีไม่ได้ขึ้นอยู่กับเส้นทางเฉพาะของปฏิกิริยา แต่ขึ้นอยู่กับระดับพลังงานโดยรวมของผลิตภัณฑ์และรีเอเจนต์ เอนทาลปีเป็นหน้าที่ของรัฐและเป็นสารเติมแต่ง
ในการคำนวณเอนทาลปีมาตรฐานของปฏิกิริยาเราสามารถเพิ่มเอนทาลปีมาตรฐานของการก่อตัวของสารตั้งต้นและลบออกจากผลรวมของเอนทาลปีมาตรฐานของการก่อตัวของผลิตภัณฑ์ (ไร้ขอบเขต, SF) กล่าวตามหลักคณิตศาสตร์แล้วสิ่งนี้ทำให้เรา:
ΔH r ° = ΣΔH f º (ผลิตภัณฑ์) - ΣΔH f º (สารตั้งต้น)
เอนทาลปีของปฏิกิริยามักจะคำนวณจากเอนทาลปีของการเกิดสารเคมีภายใต้สภาวะปกติ (ความดัน 1 บาร์และอุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส)
เพื่ออธิบายหลักการของอุณหพลศาสตร์นี้เราจะคำนวณเอนทาลปีของปฏิกิริยาสำหรับการเผาไหม้ของมีเธน (CH 4 ) ตามสูตร:
CH 4 (g) + 2O 2 (g) → CO 2 (g) + 2H 2 O (g)
ในการคำนวณเอนทาลปีมาตรฐานของปฏิกิริยาเราต้องมองหามาตรฐานเอนฮาลปีของการก่อตัวสำหรับแต่ละตัวทำปฏิกิริยาและผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องในปฏิกิริยา
มักจะพบได้ในภาคผนวกหรือในตารางออนไลน์ต่างๆ สำหรับปฏิกิริยานี้ข้อมูลที่เราต้องการคือ:
H f º CH 4 (g) = -75 kjoul / mol
H f O 2 (g) = 0 kjoul / mol
H f CO 2 (g) = -394 kjoul / mol
H f H 2 O (g) = -284 kjoul / mol
โปรดทราบว่าเนื่องจากอยู่ในสถานะมาตรฐานเอนทาลปีของการก่อตัวของก๊าซออกซิเจนคือ 0 kJ / mol
ต่อไปเราจะสรุปการฝึกอบรมมาตรฐานของเรา โปรดทราบว่าเนื่องจากหน่วยอยู่ในหน่วย kJ / mol เราจำเป็นต้องคูณด้วยสัมประสิทธิ์ stoichiometric ในสมการปฏิกิริยาที่สมดุล (Leaf Group Ltd, SF)
ΣΔH f º (ผลิตภัณฑ์) = ΔH f º CO 2 +2 ΔH f º H 2 O
ΣΔHfº (ผลิตภัณฑ์) = -1 (394 kjoul / mol) -2 (284 kjoul / mol) = -962 kjoul / mol
ΣΔH f ((สารตั้งต้น) = ΔH f CH CH 4 + ΔH f O O 2
react ΔH f º (สารตั้งต้น) = -75 kjoul / mol + 2 (0 kjoul / mol) = -75 kjoul / mol
ตอนนี้เราสามารถค้นหาเอนทาลปีมาตรฐานของปฏิกิริยา:
ΔH r ° = ΣΔHfº (ผลิตภัณฑ์) - ΣΔHfº (สารตั้งต้น) = (- 962) - (- 75) =
ΔH r ° = - 887kJ / mol
