ما هو رد فعل الحرارة؟
حرارة التفاعل أو المحتوى الحراري للتفاعل (ΔH) هو التغير في المحتوى الحراري للتفاعل الكيميائي الذي يحدث عند ضغط ثابت (Anne Marie Helmenstine ، 2014).
نظرًا لأن enthalpy مشتق من الضغط والحجم والطاقة الداخلية ، وكلها وظائف حكومية ، فإن enthalpy هو أيضًا وظيفة الدولة (Rachel Martin، 2014).
ΔH ، أو تغير المحتوى الحراري كوحدة قياس لحساب تغيير الطاقة في نظام ما عندما أصبح من الصعب للغاية العثور على ΔU ، أو التغير في الطاقة الداخلية لنظام ما ، في وقت واحد لقياس كمية الحرارة والعمل تبادلها.
عند إعطاء ضغط ثابت ، فإن تغيير المحتوى الحراري يساوي الحرارة ويمكن قياسه كـ ΔH = q.
ثم ينشأ الترميز ΔHº أو toHº r لشرح درجة الحرارة والضغط الدقيقة لحرارة التفاعل ΔH.
يرمز halHº أو ºHºrxn entHº أو ºHºrxn إلى المحتوى الحراري القياسي للتفاعل ويمكن أن يفترض كلاً من القيم الإيجابية والسلبية. وحدات ΔHº هي كيلوجول لكل مول ، أو كيلوجول / مول.
المفهوم السابق لفهم حرارة التفاعل: الاختلافات بين ΔH و ΔHº r .
represents = يمثل التغيير في المحتوى الحراري (المحتوى الحراري من المنتجات ناقص المحتوى الحراري من المواد المتفاعلة).
تشير القيمة الإيجابية إلى أن المنتجات تحتوي على محتوى حراري أعلى ، أو أنه تفاعل ماص للحرارة (الحرارة مطلوبة).
تشير القيمة السالبة إلى أن المواد المتفاعلة تحتوي على مزيد من المحتوى الحراري ، أو أنها تفاعل طارد للحرارة (يتم إنتاج الحرارة).
º = يعني أن التفاعل هو تغيير حراري قياسي ، ويحدث عند ضغط / درجة حرارة محددة مسبقًا.
r = يدل على أن هذا التغيير هو المحتوى الحراري للتفاعل.
الحالة القياسية: الحالة القياسية لمادة صلبة أو سائلة هي المادة النقية عند ضغط 1 بار أو ما هو نفس الغلاف الجوي (105 Pa) ودرجة حرارة 25 درجة مئوية ، أو ما هو نفسه 298 K .
ΔHº r هي حرارة التفاعل المعتادة أو المحتوى الحراري القياسي للتفاعل ، وكما تقيس halH أيضًا المحتوى الحراري للتفاعل. ومع ذلك ، يحدث ºHºrxn في ظروف "قياسية" ، مما يعني أن التفاعل يحدث عند 25 درجة مئوية و 1 جهاز صراف آلي.
تكمن فائدة قياس ΔH في الظروف القياسية في القدرة على ربط قيمة ºHº مع أخرى ، لأنها تحدث في نفس الظروف (كلارك ، 2013).
حرارة التدريب
الحرارة المعيارية للتكوين ، fH f º ، للمادة الكيميائية هي مقدار الحرارة الممتصة أو المنبعثة من تكوين 1 مول من تلك المادة الكيميائية عند درجة حرارة 25 درجة مئوية وشريط واحد من عناصرها في حالاتها القياسية.
يكون العنصر في حالته القياسية إذا كان في شكله الأكثر استقرارًا وحالته الفيزيائية (الصلبة أو السائلة أو الغازية) عند 25 درجة مئوية و 1 بار (جوناثان نغوين ، 2017).
على سبيل المثال ، تشتمل الحرارة القياسية لتكوين ثاني أكسيد الكربون على الأكسجين والكربون ككواشف.
الأكسجين أكثر ثباتًا كجزيئات غاز O2 ، بينما الكربون أكثر ثباتًا مثل الجرافيت الصلب. (الجرافيت هو أكثر استقرارا من الماس في ظل الظروف القياسية.)
للتعبير عن التعريف بطريقة أخرى ، تعتبر حرارة التكوين القياسية نوعًا خاصًا من الحرارة القياسية للتفاعل.
التفاعل هو تكوين 1 مول من مادة كيميائية من عناصرها في حالتها القياسية في ظل الظروف القياسية.
وتسمى الحرارة المعيارية للتكوين أيضًا باسم الانتثال المعياري للتكوين (على الرغم من أنه يمثل بالفعل تغييراً في المحتوى الحراري).
بحكم التعريف ، فإن تكوين عنصر في حد ذاته لن يؤدي إلى أي تغيير في المحتوى الحراري ، وبالتالي فإن درجة حرارة رد الفعل القياسية لجميع العناصر هي صفر (تساى ، 2014).
حساب تفاعل انتالبي
1- حساب تجريبي
يمكن قياس المحتوى الحراري تجريبيًا باستخدام المسعر. المسعر هو أداة يتم فيها تفاعل عينة من خلال الكابلات الكهربائية التي توفر طاقة التنشيط. العينة في حاوية محاطة بالماء الذي يحرك باستمرار.
عند القياس بتغير في درجة الحرارة يحدث عند تفاعل العينة ومعرفة الحرارة المحددة للمياه وكتلته ، يتم حساب الحرارة التي تتحرر أو تمتص التفاعل بواسطة المعادلة q = Cesp xmx ΔT.
في هذه المعادلة q هي الحرارة ، Cesp هي الحرارة المحددة في هذه الحالة من الماء التي تساوي 1 سعرة حرارية لكل غرام ، m هي كتلة الماء و ΔT هي التغير في درجة الحرارة.
المسعر هو نظام معزول له ضغط ثابت ، لذلك ΔH r = q
2- الحساب النظري
لا يعتمد تغيير المحتوى الحراري على المسار المحدد للتفاعل ، ولكن يعتمد فقط على مستوى الطاقة الكلي للمنتجات والكواشف. Enthalpy هي وظيفة الدولة ، وعلى هذا النحو ، المضافة.
لحساب المحتوى الحراري القياسي للتفاعل ، يمكننا إضافة المحتوى الحراري القياسي لتكوين المواد المتفاعلة وطرحها من مجموع المحتوى الحراري القياسي لتشكيل المنتجات (Boundless، SF). قال رياضيا ، هذا يعطينا:
rH r ° = Σ ΔH f º (المنتجات) - Σ ΔH f º (المواد المتفاعلة).
عادة ما يتم حساب المحتوى الحراري للتفاعلات من المحتوى الحراري لتكوين الكواشف في الظروف العادية (ضغط 1 بار ودرجة حرارة 25 درجة مئوية).
لشرح مبدأ الديناميكا الحرارية ، سنحسب المحتوى الحراري للتفاعل من أجل احتراق الميثان (CH 4 ) وفقًا للصيغة:
CH 4 (g) + 2O 2 (g) → CO 2 (g) + 2H 2 O (g)
لحساب المحتوى الحراري القياسي للتفاعل ، نحتاج إلى البحث عن المحتوى الحراري القياسي للتكوين لكل من المواد المتفاعلة والمنتجات المشاركة في التفاعل.
عادة ما توجد هذه في ملحق أو في العديد من الجداول عبر الإنترنت. بالنسبة لرد الفعل هذا ، فإن البيانات التي نحتاجها هي:
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.
لاحظ أنه نظرًا لأنه في حالته القياسية ، فإن المحتوى الحراري القياسي للتكوين لغاز الأكسجين هو 0 كيلو جول / مول.
بعد ذلك ، نقوم بتلخيص المحتوى المعياري للتدريب لدينا. لاحظ أنه نظرًا لوجود الوحدات بوحدة kJ / mol ، نحتاج إلى المضاعفة بمعاملات العناصر المتكافئة في معادلة التفاعل المتوازنة (Leaf Group Ltd، SF).
products ΔH f º (المنتجات) = ΔH f º CO 2 +2 ΔH f º H 2 O
ºH fº (منتجات) = -1 (394 كيلو جول / مول) -2 (284 كيلو جول / مول) = -962 كيلو جول / مول
Σ ΔH f ((المواد المتفاعلة) = fH f CH CH 4 + ΔH f O O 2
ΣH f º (المواد المتفاعلة) = -75 كيلو جول / مول + 2 (0 كيلو جول / مول) = -75 كيلو جول / مول
الآن ، يمكننا العثور على المحتوى الحراري للتفاعل:
rH r ° = Σ ΔH fº (المنتجات) - Σ ΔH fº (المواد المتفاعلة) = (- 962) - (- 75) =
rH r ° = - 887kJ / mol.
