Energi- og kemiske reaktioner

Alle kemisk reaktion bære med ham a ændring i energipå grund af transformationen af ​​de stoffer, der deltager i den. Energi kan manifestere sig på forskellige måder:

• Hed
• Intern energi
• Aktiveringsenergi

Varme i kemiske reaktioner

Det molekyler af kemiske forbindelser de er dannet af links, der bærer en energi inkluderet, som holder atomerne sammen. Når en kemisk reaktion opstår, gennemgår de deltagende molekyler bryde nogle af disse links, som forårsager en variation i energi. Det ser normalt ud som en ændring i varmen.

Det hed i kemiske reaktioner måles det ved Enthalpy (H), som er en termodynamisk størrelse, der beskriver de termiske ændringer, der bringes til konstant tryk. Det måles i kalorier pr. Mol (cal / mol)og beregnes for hver forbindelse i reaktionen med følgende formel:

ΔH = mCpΔT

Hvor:

ΔH: ændring i stoffets entalpi

m: masse af stoffet, der deltager i reaktionen

Cp: ​​specifik varme ved konstant tryk af stoffet

ΔT: temperaturændring i reaktionen

Hvis de deltager i den kemiske reaktion elementer betragtes deres entalpi som 0 fordi der ikke er investeret energi i dannelsen af ​​dem.

For en komplet reaktion, hvis form er:

2A + B -> 3C + D.

Entalpi vil være resultatet af at foretage en subtraktion:

Enthalpy of reaktion = Enthalpy of products - Enthalpy of reactants

Ah_reaktion = ΔH (3C + D) - ΔH (2A + B)

Hver af entalpierne vil bære koefficienten med hvilket stoffet virker i reaktionen (antallet af mol. For A er det i dette tilfælde 2, og det vil multiplicere værdien af ​​dets entalpi.

For eksempel til propanforbrændingsreaktionen:

C₃H₈(g) + 5O₂(g) -> 3CO₂(g) + 4H₂O (l)

AhC₃H₈ = -24820 cal / mol

AhELLER₂ = 0 cal / mol

AhCO₂ = -94050 cal / mol

AhH₂O = -68320 cal / mol

Enthalpy of reaktion = Enthalpy of products - Enthalpy of reactants

Ah_reaktion = [3 (-94050 cal / mol) + 4 (-68320 cal / mol)] - [-24820 cal / mol + 5 (0)]

Ah_reaktion = [-282150 + (-273280)] – (-24820)

Ah_reaktion = -555430 + 24820

Ah_reaktion = -530610 cal / mol

Typer af kemiske reaktioner i henhold til varme

Kemiske reaktioner klassificeres i to typer alt efter varmen der er involveret i dem:

• Eksoterme reaktioner
• Endotermiske reaktioner

Det eksoterme reaktioner er dem, hvor stoffer under interaktionen har frigivet varme. Dette er for eksempel tilfældet med en stærk syre, der kommer i kontakt med vand. Opløsningen varmer op. Det forekommer også ved forbrænding af kulbrinter, som frigiver varme i form af ild, ledsaget af kuldioxid CO₂ og vanddamp H₂ELLER.

Det endotermiske reaktioner er dem, hvor reaktanterne skal modtage varme for at begynde at reagere. Det er fra en vis varme, at produkterne begynder at genereres. Dette er f.eks. Tilfældet med dannelsen af ​​nitrogenoxider, for hvilke der skal være en stor mængde varme i processen for at ilt og nitrogen kan forene sig i en forbindelse.

Intern energi i kemiske reaktioner

Det intern energi (U, E) af et stof er summen af ​​de kinetiske og potentielle energier af alle dets partikler. Denne størrelse griber ind i de kemiske reaktioner i entalpi beregninger:

ΔH = UU + P ΔV

Denne entalpiformel er baseret på termodynamikens første lov, der er skrevet:

ΔQ = ΔU - ΔW

Hvor:

Spørgsmål: varme fra et termodynamisk system (som kan være en kemisk reaktion). Det måles i kalorier pr. Mol, ligesom enthalpier.

ELLER: Intern energi i det termodynamiske system.

W: Mekanisk arbejde i det termodynamiske system og beregnes med trykproduktet og volumenændringen (PAV).

Aktiveringsenergi i kemiske reaktioner

Det aktiveringsenergi er den mængde energi, der bestemmer begyndelsen af ​​kemiske reaktioner som følger:

• Hvis aktiveringsenergien er for kort, vil reaktionen være spontandet vil sige, det vil starte for sig selv, og reagenserne transformeres bare ved at komme i kontakt.
• Hvis aktiveringsenergien det er lavt, skal du tilføje noget energi til reagenserne, så de kan begynde at interagere.
• Hvis aktiveringsenergien er høj, skal der investeres nok energi til, at reaktionen kan finde sted.
• Hvis aktiveringsenergien det er meget højt, bliver vi nødt til at ty til den såkaldte katalysatorer, for at gøre det mere tilgængeligt.

Det katalysatorer De er kemiske stoffer, der ikke deltager i omdannelse af kemiske reaktioner, men som er ansvarlige for at fremskynde dem, faldende aktiveringsenergi så reaktanterne begynder at blive produkter.

En spontan reaktion er for eksempel en, der findes i menneskelig stofskifte: spontan decarboxylering af acetoacetat at blive acetone i vejen for syntese af ketonlegemer. Det behøver ikke at udføres enzymer.

Kemisk ligevægt og LeChateliers lov

LeChateliers lov er den, der styrer ligevægt i kemiske reaktioner, og den siger:

"Enhver stimulus, der gives til en kemisk reaktion i ligevægt, får den til at reagere ved at modvirke den, op til et andet ligevægtspunkt"

LeChateliers lov kan beskrives i henhold til variablerne tryk, volumen og koncentration:

• Om øg trykket til reaktionen vil det blive rettet mod, hvor der dannes mindre mol, enten mod reaktanterne eller mod produkterne.
• Om reducere tryk til reaktionen, vil dette gå til, hvor der genereres flere mol, enten mod reaktanterne eller mod produkterne.
• Om øg temperaturen til reaktionen vil den gå til det sted, hvor varmen absorberes (endoterm reaktion), enten direkte (fra reaktanter til produkter) eller på den omvendte måde (fra produkter til reaktanter).
• Om sænk temperaturen til reaktionen, vil den gå til, hvor varmen frigives (exoterm reaktion), enten på den direkte måde (fra reaktanter til produkter) eller på den omvendte måde (fra produkter til reaktanter).
• Om øger koncentrationen af ​​et reagensvil reaktionen være rettet mod at generere flere produkter.
• Om reducerer koncentrationen af ​​et produktvil reaktionen være rettet mod at danne flere reagenser.

Faktorer, der ændrer hastigheden på en reaktion

Det reaktionens hastighed er koncentrationen af ​​reaktanterne (i mol / liter), der forbruges for hver tidsenhed.

Der er seks faktorer, der påvirker denne hastighed:

• Koncentration
• Tryk
• Temperatur
• Kontaktflade
• Reagensernes art
• Katalysatorer

Det koncentration er mængden af ​​reagens for hver enhed af volumen (mol / liter). Hvis der tilsættes en mængde, reagerer reaktionen ved at generere produkter hurtigere.

Det Tryk det påvirker kun, hvis reaktanterne og produkterne er gasser. Reaktionen vil reagere i overensstemmelse med LeChatelier-loven.

Det temperatur favoriserer reaktioner afhængigt af om de er endotermiske eller eksoterme. Hvis det er endotermisk, vil en stigning i temperaturen fremskynde reaktionen. Hvis det er eksotermt, vil en reduktion i temperaturen drive det.

Det kontaktflade Det hjælper reagenspartiklerne med at blive bedre spredt indbyrdes, så reaktionen accelereres, og produkterne nås hurtigere.

Det reagensernes art, som består af dens molekylære struktur, bestemmer reaktionshastigheden. For eksempel neutraliseres syrer som saltsyre (HCI) straks, selv aggressivt, af baser som natriumhydroxid (NaOH).

Det katalysatorer De er kemiske stoffer, der ikke er involveret i reaktionen, men som er ansvarlige for at fremskynde eller forsinke interaktion mellem reaktanterne. De markedsføres i en fysisk form, der giver et godt kontaktområde.

Eksempler på energi i kemiske reaktioner

Forbrændingsvarmen til forskellige kemikalier er vist nedenfor:

Methan: CH₄ + 2O₂ -> CO₂ + 2H₂ELLER

ΔH = -212800 cal / mol (afgiver varme, den er eksoterm)

Ethan: C₂H₆ + (7/2) O₂ -> 2CO₂ + 3H₂ELLER

ΔH = -372820 cal / mol (afgiver varme, den er eksoterm)

Propan: C₃H₈ + 5O₂ -> 3CO₂ + 4H₂ELLER

ΔH = -530600 cal / mol (afgiver varme, er eksoterm)

Butan: C₄H₁₀ + (13/2) O₂ -> 4CO₂ + 5H₂ELLER

ΔH = -687980 cal / mol (afgiver varme, den er eksoterm)

Pentan: C₅H₁₂ + 8O₂ -> 5CO₂ + 6H₂ELLER

ΔH = -845160 cal / mol (afgiver varme, den er eksoterm)

Ethylen: C₂H₄ + 3O₂ -> 2CO₂ + 2H₂ELLER

ΔH = -337230 cal / mol (afgiver varme, den er eksoterm)

Acetylen: C₂H₂ + (5/2) O₂ -> 2CO₂ + H₂ELLER

ΔH = -310620 cal / mol (afgiver varme, den er eksoterm)

Benzen: C₆H₆ + (15/2) O₂ -> 6CO₂ + 3H₂ELLER

ΔH = -787200 cal / mol (afgiver varme, er eksoterm)

Toluen: C₇H₈ + 9O₂ -> 7CO₂ + 4H₂ELLER

ΔH = -934500 cal / mol (afgiver varme, den er eksoterm)

Ethanol: C₂H₅OH + 3O₂ -> 2CO₂ + 3H₂ELLER

ΔH = -326700 cal / mol (afgiver varme, den er eksoterm)