Ciepło reakcji

Ciepło reakcji – część całkowitej ilości energii, wymienianej przez układ – środowisko reakcji – z jego otoczeniem w czasie przebiegu reakcji w warunkach izobarycznych (ciepło reakcji pod stałym ciśnieniem, $Q_{p}$ ) lub izochorycznych (ciepło reakcji w stałej objętości, $Q_{v}$ ), gdy liczba postępu reakcji wynosi jeden $(λ = 1)$ Szablon:R.

Związki między ciepłem reakcji i funkcjami termodynamicznymi reakcji wyrażają zależnościSzablon:R:

gdy $v, T = c o n s t$ i nie jest wykonywana żadna praca:

Q_{v} = Δ u = {(\frac{\partial u}{\partial λ})}_{T, v}

(energia wewnętrzna reakcji),

gdy $p, T = c o n s t$ i nie jest wykonywana inna praca, poza pracą zmiany objętości $(p Δ v)$

Q_{p} = Δ h = {(\frac{\partial h}{\partial λ})}_{T, p}

(entalpia reakcji).

Zmiany funkcji stanu układu ( $Δ u$ i $Δ h$ – funkcje termodynamiczne reakcji) są zależne wyłącznie od parametrów stanu początkowego i końcowego (zgodnie z pierwszą zasadą termodynamiki), natomiast udziały wymienionego ciepła i wykonanej pracy zależą od drogi przemiany – są nazwane funkcjami procesu Szablon:R.

Wyznaczanie ciepła reakcji i zależności między Q_p i Q_v

Wartości $Q_{p}$ i $Q_{v}$ są wyznaczane z użyciem odpowiednich typów kalorymetrów – bomby kalorymetrycznej $(v = c o n s t)$ albo kalorymetrów otwartych lub przepływowych $(p = c o n s t) .$ W najprostszych kalorymetrach „szkolnych” miarą ilości wydzielanego ciepła jest zmiana temperatury układu. W przypadkach stosowania urządzeń pracujących w stałej temperaturze ilość wydzielanego ciepła jest określana pośrednio (np. na podstawie zmian temperatury czynnika chłodzącego lub zmian ilości stopionego lodu w izotermicznym płaszczu lodowo-wodnym)Szablon:R.

W czasie reakcji w warunkach izobarycznych i izochorycznych są osiągane stany końcowe o różnych ciśnieniach. Dla reakcji prowadzonej w warunkach izobarycznych spełniane jest równanieSzablon:R:

Δ h = Δ u_{p} + p Δ v,

co bywa zapisywane jako:

Q_{p} \approx Q_{v} + p Δ v,

mimo że $Δ u_{p} \neq Δ u_{v}$ (uznaje się, że obie zmiany energii wewnętrznej są podobne).

Dodatkowym stosowanym uproszczeniem jest uznanie, że czynnik $p Δ v$ może nie być brany pod uwagę, jeżeli w reakcji nie biorą udziału reagenty gazowe, czyli:

Q_{p} \approx Q_{v} .

W przypadku reakcji z udziałem gazów czynnik $p Δ v$ nie może być pominięty i równanie stosuje się w postaci wynikającej z równania stanu gazu doskonałego Szablon:R:

Q_{p} \approx Q_{v} + p Δ v = Q_{v} + p (v_{2} - v_{1}) = Q_{v} + (n_{2} - n_{1}) R T = Q_{v} + Δ n R T,

gdzie $Δ n$ – zmiana liczby moli reagentów gazowych.

Standardowe ciepła reakcji i ich zastosowanie

Wartości ciepła reakcji, wyznaczane eksperymentalnie, są energetycznymi efektami procesów złożonych. Zmierzone wielkości uwolnionej energii zawierają nie tylko ciepło reakcji tworzenia nowych związków chemicznych (zgodnie z równaniem reakcji), ale również ciepło innych procesów, np. powstawania nowych oddziaływań międzycząsteczkowych w roztworze o zmienionym składzieSzablon:R.

Ciepła reakcji, które prowadzą do otrzymania czystych produktów z czystych substratów (w ilościach zgodnych z założeniem $λ = 1$ ), są nazywane ciepłami standardowymi. Są obliczane na podstawie standardowych ciepeł tworzenia poszczególnych reagentów, z wykorzystaniem pierwszej zasady termodynamiki i prawa Hessa. W czasie obliczeń uznaje się, że ciepło tworzenia pierwiastków chemicznych, znajdujących się w stanach najbardziej trwałych w warunkach analizowanej reakcji $(p, T),$ jest równe zeroSzablon:R.

Zasadę obliczeń ilustruje przykład reakcji AB + C → AC + B na podstawie ciepeł tworzenia AB i AC z pierwiastków A, B i C:

standardowe ciepło tworzenia AB (A + B → AB):

Δ h_{t w, p, T, A B}^{⊖}

standardowe ciepło tworzenia AC (A + C → AC):

Δ h_{t w, p, T, A C}^{⊖}

standardowe ciepło reakcji AB + C → AC + B:

Δ h_{p, T}^{⊖} = Δ h_{t w, p, T, A C}^{⊖} - Δ h_{t w, p, T, A B}^{⊖}

W analogiczny sposób oblicza się standardowe ciepła reakcji na podstawie standardowych ciepeł spalania poszczególnych reagentów (ich pomiar jest stosunkowo łatwy)Szablon:R.

Zobacz też

Przypisy

Błąd rozszerzenia cite: Znacznik <ref> o nazwie „Szarawara”, zdefiniowany w <references>, nie był użyty wcześniej w treści.
Błąd rozszerzenia cite: Znacznik <ref> o nazwie „Bursa”, zdefiniowany w <references>, nie był użyty wcześniej w treści.
Błąd rozszerzenia cite: Znacznik <ref> o nazwie „Basiński”, zdefiniowany w <references>, nie był użyty wcześniej w treści.
Błąd rozszerzenia cite: Znacznik <ref> o nazwie „UCDavis”, zdefiniowany w <references>, nie był użyty wcześniej w treści.
Błąd rozszerzenia cite: Znacznik <ref> o nazwie „Textbook”, zdefiniowany w <references>, nie był użyty wcześniej w treści.

Linki zewnętrzne

Thermochemistry w A Tutorial for High School Chemistry w portalu ChemTeam (www.chemteam.info)

Ciepło reakcji

Spis treści

Wyznaczanie ciepła reakcji i zależności między Q_p i Q_v

Standardowe ciepła reakcji i ich zastosowanie

Zobacz też

Przypisy

Linki zewnętrzne

Menu nawigacyjne

Ciepło reakcji

Wyznaczanie ciepła reakcji i zależności między Qp i Qv

Standardowe ciepła reakcji i ich zastosowanie

Zobacz też

Przypisy

Linki zewnętrzne

Menu nawigacyjne

Szukaj

Wyznaczanie ciepła reakcji i zależności między Q_p i Q_v