Енергийни и химични реакции

всичко химическа реакция носете със себе си a промяна в енергията, поради трансформацията на веществата, които участват в него. Енергията може да се прояви по различни начини:

• Горещо
• Вътрешна енергия
• Енергия на активиране

Топлина в химични реакции

The молекули химични съединения те се образуват от връзки, които носят енергия включен, който държи атомите заедно. Когато възникне химическа реакция, участващите молекули преминават през счупване на някои от тях връзки, което причинява вариация в енергията. Обикновено се появява като промяна в топлината.

The горещо при химични реакции се измерва с Енталпия (H), което е термодинамично количество, което описва термичните промени, доведени до постоянно налягане. Измерва се в калории на мол (кал / мол)и се изчислява за всяко съединение от реакцията със следната формула:

ΔH = mCpΔT

Където:

ΔH: промяна в енталпията на веществото

m: маса на веществото, участващо в реакцията

Cp: ​​специфична топлина на веществото при постоянно налягане

ΔT: температурна промяна в реакцията

Ако участват в химичната реакция елементи, тяхната енталпия се счита за 0 защото в тяхното формиране не е вложена енергия.

За пълна реакция, чиято форма е:

2A + B -> 3C + D

Енталпията ще бъде резултат от извършване на изваждане:

Енталпия на реакцията = Енталпия на продуктите - Енталпия на реагентите

ΔH_{реакция} = ΔH (3C + D) - ΔH (2A + B)

Всяка от енталпиите ще носи коефициента с които веществото действа в реакцията (броят на бенките. В случая A е 2 и ще умножи стойността на енталпията си.

Например за реакцията на изгаряне на пропан:

° С₃З.₈(g) + 50₂(g) -> 3CO₂(g) + 4Н₂O (l)

ΔH° С₃З.₈ = -24820 кал / мол

ΔHИЛИ₂ = 0 кал / мол

ΔHCO₂ = -94050 кал / мол

ΔHЗ.₂O = -68320 кал / мол

Енталпия на реакцията = Енталпия на продуктите - Енталпия на реагентите

ΔH_{реакция} = [3 (-94050 кал / мол) + 4 (-68320 кал / мол)] - [-24820 кал / мол + 5 (0)]

ΔH_{реакция} = [-282150 + (-273280)] – (-24820)

ΔH_{реакция} = -555430 + 24820

ΔH_{реакция} = -530610 кал / мол

Видове химически реакции според топлината

Химическите реакции ще бъдат класифицирани в два вида според топлината, която се включва в тях:

• Екзотермични реакции
• Ендотермични реакции

The екзотермични реакции са тези, при които по време на взаимодействието веществата са отделили топлина. Такъв е случаят например със силна киселина, която влиза в контакт с вода. Решението се затопля. Това се случва и при изгарянето на въглеводороди, които отделят топлина под формата на огън, придружен от въглероден диоксид CO₂ и водна пара H₂ИЛИ.

The ендотермични реакции са тези, при които, за да започнат да реагират, реагентите трябва да получат топлина. Именно от определена топлина продуктите започват да се генерират. Такъв е случаят например с генерирането на азотни оксиди, за които в процеса трябва да има голямо количество топлина, за да се обединят кислород и азот в съединение.

Вътрешна енергия при химични реакции

The вътрешна енергия (U, E) на веществото е сумата от кинетичната и потенциалната енергия на всички негови частици. Тази величина се намесва в химичните реакции в изчисления на енталпия:

ΔH = ΔU + PΔV

Тази формула на енталпия се основава на първия закон на термодинамиката, който е написан:

ΔQ = ΔU - ΔW

Където:

В: топлина от термодинамична система (която може да бъде химическа реакция). Измерва се в калории на мол, точно както енталпиите.

ИЛИ: Вътрешна енергия на термодинамичната система.

W: Механична работа на термодинамичната система и се изчислява с произведението на налягането и изменението на обема (PΔV).

Енергия на активиране при химични реакции

The активираща енергия е това количество енергия, което ще определи началото на химичните реакции, както следва:

• Ако енергията на активиране е твърде кратък, реакцията ще бъде спонтанен, т.е. ще започне от само себе си и реагентите ще се трансформират само при влизане в контакт.
• Ако енергията на активиране ниско е, ще трябва да добавите малко енергия към реагентите, за да започнат да си взаимодействат.
• Ако енергията на активиране е висок, ще трябва да се вложи достатъчно енергия, за да се осъществи реакцията.
• Ако енергията на активиране тя е много висока, ще трябва да прибегнем до т.нар катализатори, за да стане по-достъпна.

The катализатори Те са химични вещества, които не участват в трансформирането на химични реакции, но са отговорни за тяхното ускоряване, намаляване на енергията на активиране така че реагентите започват да се превръщат в продукти.

Спонтанната реакция е например такава, която се открива в човешкия метаболизъм: спонтанно декарбоксилиране на ацетоацетат да стане ацетон, по пътя на синтеза на кетонни тела. Той не се нуждае от ензими, за да се извършва.

Химическо равновесие и закон на LeChatelier

Законът на LeChatelier е този, който регулира равновесието в химичните реакции и казва:

„Всеки стимул, даден на химическа реакция в равновесие, ще го накара да реагира, като му противодейства, до различна точка на равновесие“

Законът на LeChatelier може да бъде описан според променливите налягане, обем и концентрация:

• Дали увеличете налягането към реакцията, тя ще бъде насочена към мястото, където се генерират по-малко бенки, или към реагентите, или към продуктите.
• Дали намаляване на налягането към реакцията, това ще отиде там, където се генерират повече бенки, или към реагентите, или към продуктите.
• Дали увеличете температурата към реакцията, тя ще отиде там, където топлината се абсорбира (ендотермична реакция), или по директния начин (от реагентите към продуктите), или по обратния начин (от продуктите към реагентите).
• Дали намалете температурата към реакцията, тя ще отиде там, където се отделя топлината (екзотермична реакция), или по директния начин (от реагентите към продуктите), или по обратния начин (от продуктите към реагентите).
• Дали увеличава концентрацията на реагент, реакцията ще бъде насочена към генериране на повече продукти.
• Дали намалява концентрацията на даден продукт, реакцията ще бъде насочена към генериране на повече реагенти.

Фактори, които променят скоростта на реакцията

The скорост на реакция е концентрацията на реагентите (в мол / литър), която се консумира за всяка единица време.

Има шест фактора, които влияят на тази скорост:

• Концентрация
• Налягане
• Температура
• Контактна повърхност
• Същност на реагентите
• Катализатори

The концентрация е количеството реактив за всяка единица обем (мол / литър). Ако се добави количество, реакцията ще реагира, като генерира продукти по-бързо.

The Налягане влияе само ако реагентите и продуктите са газове. Реакцията ще отговори в съответствие със Закона на LeChatelier.

The температура благоприятства реакциите в зависимост от това дали са ендотермични или екзотермични. Ако е ендотермично, повишаването на температурата ще ускори реакцията. Ако е екзотермично, намалението на температурата ще го накара.

The контактна повърхност Той помага на частиците на реагентите да се разпръснат по-добре помежду си, така че реакцията да се ускори и продуктите да се достигнат по-бързо.

The естество на реагентите, който се състои от молекулярната му структура, определя скоростта на реакцията. Например киселини като солна киселина (HCl) незабавно се неутрализират, дори агресивно, от основи като натриев хидроксид (NaOH).

The катализатори Те са химични вещества, които не участват в реакцията, но са отговорни за ускоряване или забавяне на взаимодействието на реагентите. Те се продават във физическа форма, която предлага добра зона за контакт.

Примери за енергия в химични реакции

Топлините на горене на различни химикали са показани по-долу:

Метан: СН₄ + 2O₂ -> CO₂ + 2Н₂ИЛИ

ΔH = -212800 кал / мол (отделя топлина, екзотермично е)

Етан: C₂З.₆ + (7/2) O₂ -> 2CO₂ + 3Н₂ИЛИ

ΔH = -372820 кал / мол (отделя топлина, екзотермично е)

Пропан: С₃З.₈ + 5O₂ -> 3CO₂ + 4Н₂ИЛИ

ΔH = -530600 кал / мол (отделя топлина, екзотермичен е)

Бутан: С₄З.₁₀ + (13/2) O₂ -> 4CO₂ + 5Н₂ИЛИ

ΔH = -687980 кал / мол (отделя топлина, екзотермично е)

Пентан: С₅З.₁₂ + 8O₂ -> 5CO₂ + 6Н₂ИЛИ

ΔH = -845160 кал / мол (отделя топлина, екзотермично е)

Етилен: С₂З.₄ + 3O₂ -> 2CO₂ + 2Н₂ИЛИ

ΔH = -337230 кал / мол (отделя топлина, екзотермично е)

Ацетилен: С₂З.₂ + (5/2) O₂ -> 2CO₂ + Н₂ИЛИ

ΔH = -310620 кал / мол (отделя топлина, екзотермично е)

Бензен: С₆З.₆ + (15/2) O₂ -> 6CO₂ + 3Н₂ИЛИ

ΔH = -787200 кал / мол (отделя топлина, екзотермичен е)

Толуен: С₇З.₈ + 9O₂ -> 7CO₂ + 4Н₂ИЛИ

ΔH = -934500 кал / мол (отделя топлина, екзотермично е)

Етанол: С₂З.₅OH + 30₂ -> 2CO₂ + 3Н₂ИЛИ

ΔH = -326700 кал / мол (отделя топлина, екзотермично е)