Ciepło spalania

Ciepło spalania – ilość energii oddawanej do otoczenia na sposób ciepła w wyniku spalania określonej ilości substancji w ustalonych warunkach. Wartości ciepła spalania są stosowane w technice cieplnej do określania wartości opałowej paliw. W termochemii są często stosowaną podstawą obliczeń wartości ciepła różnych reakcji chemicznych na podstawie wartości ciepła spalania substratów i produktów tej reakcji.

Technika cieplna

Szablon:Osobny artykuł W technice cieplnej definiuje się pojęcia ciepła całkowitego $(Q_c)$ i zupełnego spalania jednostki masy paliwa (1 kg paliwa stałego lub ciekłego) lub jednostki objętości (1 Nm³ paliwa gazowego w warunkach normalnych). Spalanie jest wykonywane w stałej objętości, w bombie kalorymetrycznej. Produkty spalania są oziębiane do temperatury początkowej, a para wodna zawarta w spalinach skrapla się zupełnie. Wyniki pomiarów odnosi się do warunków standardowych i wyraża w jednostkach J/kg lub J/Nm³Szablon:R.

Termochemia

W termochemii wartości ciepła spalania związków chemicznych odnosi się do liczby postępu reakcji $\delta =1.$ Wyróżnia się ciepło spalania w stałej objętości $(Q_v)$ i pod stałym ciśnieniem $(Q_p).$ Jeżeli w czasie reakcji nie jest wykonywana inna praca poza pracą zmiany objętości $(-p\mathrm{\Delta }V),$ to ciepło reakcji spalania jest równe odpowiedniej funkcji termodynamicznej – entalpii spalania lub energii wewnętrznej tej reakcjiSzablon:R:

• gdy $v,T=\mathrm{const}$ i nie jest wykonywana żadna praca:

$Q_v=\mathrm{\Delta }u={\left(\frac{\partial u}{\partial \lambda }\right)}_{T,v}$ (energia wewnętrzna reakcji spalania)

• gdy $p,T=\mathrm{const}$ i nie jest wykonywana inna praca, poza pracą zmiany objętości $(p\mathrm{\Delta }v)$

$Q_p=\mathrm{\Delta }h={\left(\frac{\partial h}{\partial \lambda }\right)}_{T,p}$ (entalpia reakcji spalania).

Wartości ciepła spalania (przykłady)

Wartości ciepła spalania węglowodorów, alkoholi i kwasów (przykłady)Szablon:R

Węglowodory	Qp [kJ/mol]	Alkohole	Qp [kJ/mol]	Kwasy	Qp [kJ/mol]	Alkeny	Qp [kJ/mol]
Szablon:Chem	891,6	Szablon:Chem	725,5	HCOOH	256,6	–	–
Szablon:Chem	1562,1	Szablon:Chem	1368,7	Szablon:Chem	878,2	Szablon:Chem	1413,1
Szablon:Chem	2223,3	Szablon:Chem	2020,2	Szablon:Chem	1540,2	Szablon:Chem	2061
Szablon:Chem	2882,9	Szablon:Chem	2673,6	Szablon:Chem	2198,9	Szablon:Chem	2722,6
Szablon:Chem	3541,9	Szablon:Chem	3328,1	Szablon:Chem	2858,8	Szablon:Chem	3395,4
Szablon:Chem	4200,1	Szablon:Chem	3982,8	Szablon:Chem	3516,2
Szablon:Chem	4857,9	Szablon:Chem	4638,5	Szablon:Chem	4171,1
Szablon:Chem	5514	Szablon:Chem	5294,5	Szablon:Chem	4830,2

Zastosowania standardowych wartości entalpii spalania

Pomiary entalpii spalania różnych czystych związków chemicznych są stosunkowo łatwe i dokładne. Wyniki tych pomiarów (zamieszczane w tabelach charakterystyk związków) są wykorzystywane w czasie obliczania ciepła dowolnych reakcji chemicznych. Zgodnie z pierwszą zasadą termodynamiki i prawem Hessa ciepło reakcji jest równe różnicy między sumą ciepeł spalania produktów i ciepeł spalania substratów (wartości molowe pomnożone przez odpowiednie współczynniki stechiometryczne, analogicznie jak w przypadku korzystania ze standardowych ciepeł tworzenia reagentów)Szablon:R. W ten sposób można np. obliczyć standardową entalpię reakcji syntezy ciekłego metanolu z wodoru i tlenku węgla znając standardowe entalpie spalania CO, Szablon:Chem i Szablon:ChemSzablon:R.

Entalpię reakcji syntezy metanu z grafitu i wodoru w wyniku reakcji:

Szablon:Chem2,

której nie można przeprowadzić w kalorymetrze, oblicza się na podstawie trzech znanych wartości entalpii spalania grafitu, wodoru i metanuSzablon:R.

Symbol reakcji	Równanie reakcji spalania	Entalpia spalania (kJ/mol)
A	Szablon:Chem2	−393,5
B	Szablon:Chem2	−285,9
C	Szablon:Chem2	−890,4

Równanie reakcji tworzenia metanu (R) można otrzymać poprzez sumowanie trzech reakcji:

R = A + 2B − C,

co oznacza, że istnieje hipotetyczna możliwość przeprowadzenia syntezy Szablon:Chem również taką drogą, a zgodnie z prawem Hessa ostateczna zmiana entalpii swobodnej układu byłaby taka sama. Stąd:

$\mathrm{\Delta }{H}_R$ = −393,5 + 2·(−285,9) – (−890,4) = −74,9 kJ/mol.

Zasada obliczeń ciepła tworzenia metanu z pierwiastków (R) na podstawie wartości ciepeł reakcji: A – spalania grafitu, B – spalania wodoru, C – reakcji odwrotnej do spalania metanu (zastosowanie prawa Hessa)

W przedstawiony sposób można obliczyć ciepła tworzenia wielu związków organicznych. W przypadkach, gdy nie są dostępne zmierzone wartości entalpii spalania węglowodorów dopuszcza się stosowanie założenia o addytywności, zgodnie z którą udział jednej grupy metylenowej w wartości $\mathrm{\Delta }H$ wynosi w warunkach standardowych −659,17 kJ (możliwe jest obliczenie entalpii spalania dla związków szeregu homologicznego alkanów, jeżeli jest znana jedna zmierzona wartość ciepła spalania). Bardziej złożone zagadnienia pojawiają się w sytuacjach, gdy część reagentów zawiera heteroatomy (np. siarka, azot), które w produktach spalania mogą występować na różnych stopniach utleniania, często w związkach rozpuszczających się w wodzie. Niezbędne jest wówczas dokładne określenie stanu końcowego dla każdego z końcowych produktów spalaniaSzablon:R.

Linki zewnętrzne

• Szablon:Cytuj stronę na: www.instal-zed.com.pl, data dostępu: 2016-03-04