Calor de reação

Esquema de calor de reação sob certas condições de temperatura e pressão. Fonte: Joseasorrentino, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons

O que é calor de reação?

Ele calor de reação, o entalpia da reação (ΔH), é a quantidade de energia por toupeira que é liberada ou produzida em uma reação química a uma pressão constante. É uma unidade termodinâmica de medida útil para calcular a energia liberada ou produzida.

Como a entalpia deriva da pressão, volume e energia interna, que são todas as funções do Estado, a entalpia também é uma função de estado.

ΔH, ou a mudança de entalpia, surgiu como uma unidade de medida destinada a calcular a mudança de energia de um sistema quando se tornou muito difícil de encontrar ΔU, ou mudar na energia interna de um sistema, medindo simultaneamente a quantidade de calor e Trabalho trocado.

Dar.

A notação ΔHº ou ΔHº_r Em seguida, surja para explicar a temperatura precisa e a pressão do calor da reação ΔH.

A entalpia de reação padrão é simbolizada por ΔHº ou ΔHºRXN e pode assumir valores positivos e negativos. As unidades para ΔHº são quilojulios por mol, ou kj / mol.

Conceito anterior de entender o calor da reação: diferenças entre ΔH e ΔHº_r

- Δ = representa a mudança de entalpia (entalpia de produtos, exceto a entalpia dos reagentes).

Um valor positivo indica que os produtos têm maior entalpia, ou que é uma reação endotérmica (é necessário o calor).

Um valor negativo indica que os reagentes têm maior entalpia, ou que é uma reação exotérmica (ocorre o calor).

- º = significa que a reação é uma mudança de entalpia padrão e ocorre a uma pressão / temperatura pré -estabelecida.

- R = indica que essa mudança é a entalpia da reação.

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- O estado padrão: o estado padrão de um sólido ou líquido é a substância pura a uma pressão de 1 bar, ou o que é o mesmo, 1 atmosfera (105 pA) e uma temperatura de 25 ° C ou o mesmo, 298 k.

- O ΔHº_r É o calor padrão de reação ou entalpia padrão de uma reação e, como ΔH, também mede a entalpia de uma reação. No entanto, Δhºrxn ocorre em condições "padrão", o que significa que a reação ocorre a 25 ° C e 1 atm.

O benefício de uma medição de ΔH em condições padrão está na capacidade de relacionar um valor de ΔHº com outro, uma vez que ocorrem nas mesmas condições.

Calor de formação

O calor da formação padrão, ΔH_Fº, de um produto químico é a quantidade de calor absorvida ou liberada da formação de 1 mol desse produto químico a 25 ° C e 1 bar de seus elementos em seus estados padrão.

Um elemento está em seu estado padrão se estiver em sua forma mais estável e em sua condição física (sólida, líquida ou gás) a 25 ° C e 1 bar.

Por exemplo, o calor padrão de formação para dióxido de carbono implica oxigênio e carbono como reagentes.

Oxigênio é mais estável como moléculas de gás ou₂, enquanto o carbono é mais estável como grafite sólida (a grafite é mais estável que o diamante em condições padrão).

Para expressar a definição de outra maneira, o calor padrão de formação é um tipo especial de calor de reação padrão.

A reação é a formação de 1 mol de um produto químico de seus elementos em seus estados padrão em condições padrão.

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O calor padrão da formação também é chamado de entalpia padrão da formação (embora seja realmente uma mudança de entalpia).

Por definição, a formação de um elemento por si só não produziria nenhuma mudança na entalpia, portanto o calor da reação padrão para todos os elementos é zero.

Cálculo da entalpia da reação

1. Cálculo experimental

A entalpia pode ser medida experimentalmente usando um calorímetro. Um calorímetro é um instrumento em que uma amostra é reagida através de cabos elétricos que fornecem energia de ativação. A amostra é encontrada em um recipiente cercado por água, que é constantemente agitada.

Ao medir com um calorímetro, a alteração da temperatura que ocorre quando a amostra reage e, conhecendo o calor específico da água e sua massa, o calor que libera ou absorve a reação é calculado pela equação q = cesp x m x Δt.

Nesta equação, o que é calor, Cesp é o calor específico, neste caso de água, que é igual a 1 caloria por grama, m é a massa de água e Δt é a mudança de temperatura.

O calorímetro é um sistema isolado que tem uma pressão constante, então ΔH_r= q

2. Cálculo teórico

A mudança de entalpia não depende da rota específica de uma reação, mas apenas do nível de energia global dos produtos e reagentes. Entalpía é uma função do estado e, como tal, é aditivo.

Para calcular a entalpia padrão de uma reação, podemos adicionar as entalpias padrão da formação de reagentes e subtraí -la da soma das entalpias de formação de produtos padrão. Matematicamente, isso nos dá:

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ΔH_r° = σ ΔH_Fº (produtos) - σ ΔH_Fº (reagentes).

As entalpias de reações são geralmente calculadas a partir de entalpias de formação de reagentes em condições normais (pressão de 1 bar e temperatura 25 ° C).

Para explicar esse princípio da termodinâmica, calcularemos a entalpia da reação pela combustão do metano (CH₄) De acordo com a fórmula:

CH₄ (g) + 2º₂ (g) → co₂ (g) + 2h₂O (G)

Para calcular a entalpia da reação padrão, precisamos procurar entalpias de treinamento padrão para cada um dos reagentes e produtos envolvidos na reação.

Estes são normalmente encontrados em um apêndice ou em várias tabelas online. Para esta reação, os dados que precisamos são:

H_FCH₄ (g) = -75 kjoul/mol.

H_Fº O₂ (g) = 0 kjoul/mol.

H_Fº co₂ (g) = -394 kjoul/mol.

H_Fº h₂o (g) = -284 kjoul/mol.

Observe que, como está em seu estado padrão, a entalpia de formação de gás padrão é de 0 kJ / mol / mol.

Em seguida, resumimos nossas entalpias de treinamento padrão. Lembre -se de que, como as unidades estão em KJ / mol, precisamos multiplicar pelos coeficientes estequiométricos na equação da reação equilibrada.

Σ ΔH_Fº (produtos) = ΔH_Fº co₂ +2 ΔH_Fº h₂o

Σ ΔH_Fº (produtos) = -1 (394 kjoul/mol) -2 (284 kjoul/mol) = -962 kjoul/mol

Σ ΔH_Fº (reagentes) = ΔH_FCH₄ + ΔH_Fº O₂

Σ ΔH_Fº (reagentes) = -75 kjoul/mol + 2 (0 kjoul/mol) = -75 kjoul/mol

Agora, podemos encontrar a entalpia padrão da reação:

ΔH_r° = σ ΔH_Fº (produtos) - σ ΔH_Fº (reagentes) = (- 962)- (- 75) =

ΔH_r° = - 887KJ / mol.

Referências

1. Entalpia da definição de reação. Recuperado do pensamento.com.
2. (S.F.). Entalpia padrão de reação. Recuperado de ilimitado.com.