Energetické a chemické reakce

Všechno chemická reakce nosit s sebou změna energiev důsledku transformace látek, které se na něm podílejí. Energie se může projevovat různými způsoby:

• Horký
• Vnitřní energie
• Aktivační energie

Teplo v chemických reakcích

The molekuly chemických sloučenin jsou tvořeny odkazy, které nesou energii včetně, který drží atomy pohromadě. Když dojde k chemické reakci, zúčastněné molekuly podstoupí rozbití některých z nich odkazy, což způsobuje variaci energie. Obvykle se to jeví jako změna tepla.

The horký v chemických reakcích se měří pomocí Entalpie (H), což je termodynamická veličina, která popisuje tepelné změny přivedené na konstantní tlak. Měří se v kaloriích na mol (cal / mol), a pro každou sloučeninu v reakci se vypočítá podle následujícího vzorce:

ΔH = mCpΔT

Kde:

ΔH: změna entalpie látky

m: hmotnost látky účastnící se reakce

Cp: ​​měrné teplo látky při konstantním tlaku

ΔT: změna teploty v reakci

Pokud se účastní chemické reakce prvků, jejich entalpie je považována za 0 protože do jejich formování nebyla investována žádná energie.

Pro úplnou reakci, jejíž forma je:

2A + B -> 3C + D

Entalpie bude výsledkem odečtení:

Entalpie reakce = Entalpie produktů - Entalpie reaktantů

ΔH_reakce = ΔH (3C + D) - ΔH (2A + B)

Každá z entalpií bude mít koeficient se kterou látka působí při reakci (počet krtků. Pro A, v tomto případě, je to 2 a bude znásobovat hodnotu jeho entalpie.

Například pro reakci spalování propanu:

C₃H₈(g) +50₂(g) -> 3CO₂(g) + 4H₂O (l)

ΔHC₃H₈ = -24820 cal / mol

ΔHNEBO₂ = 0 cal / mol

ΔHCO₂ = -94050 cal / mol

ΔHH₂O = -68320 cal / mol

Entalpie reakce = Entalpie produktů - Entalpie reaktantů

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

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

ΔH_reakce = -555430 + 24820

ΔH_reakce = -530610 cal / mol

Druhy chemických reakcí podle tepla

Chemické reakce budou rozděleny do dvou typů podle tepla v nich obsažených:

• Exotermické reakce
• Endotermické reakce

The exotermické reakce jsou ty, ve kterých během interakce látky uvolňovaly teplo. Jedná se například o silnou kyselinu, která přichází do styku s vodou. Roztok se zahřeje. Vyskytuje se také při spalování uhlovodíků, které uvolňují teplo ve formě ohně, doprovázené oxidem uhličitým CO₂ a vodní pára H₂NEBO.

The endotermické reakce jsou ty, ve kterých, aby reaktanty začaly reagovat, musí přijímat teplo. Produkty se začínají generovat z určitého tepla. To je například případ tvorby oxidů dusíku, pro které musí být v procesu spojování kyslíku a dusíku ve sloučenině velké množství tepla.

Vnitřní energie v chemických reakcích

The vnitřní energie (U, E) látky je součet kinetické a potenciální energie všech jejích částic. Tato velikost zasahuje do chemických reakcí v výpočty entalpie:

ΔH = ΔU + PΔV

Tento entalpický vzorec je založen na prvním zákonu termodynamiky, který je napsán:

ΔQ = ΔU - ΔW

Kde:

Otázka: teplo z termodynamického systému (což může být chemická reakce). Měří se v kaloriích na mol, stejně jako entalpie.

NEBO: Vnitřní energie termodynamického systému.

Ž: Mechanická práce termodynamického systému a vypočítává se součinem tlaku a změny objemu (PΔV).

Aktivační energie v chemických reakcích

The aktivační energie je to množství energie, které určí začátek chemických reakcí následovně:

• Pokud je aktivační energie je příliš krátká, reakce bude spontánní, to znamená, že to začne samo a reagencie budou transformovány pouhým kontaktem.
• Pokud je aktivační energie je nízká, budete muset do činidel přidat trochu energie, aby mohli začít interagovat.
• Pokud je aktivační energie je vysoká, bude třeba investovat dostatek energie, aby reakce proběhla.
• Pokud je aktivační energie je velmi vysoká, budeme se muset uchýlit k tzv katalyzátory, aby byl přístupnější.

The katalyzátory Jsou to chemické látky, které se neúčastní transformace chemických reakcí, ale jsou odpovědné za jejich urychlení, snížení aktivační energie takže se z reaktantů začaly stávat produkty.

Spontánní reakce je například reakce nalezená v lidském metabolismu: spontánní dekarboxylace acetoacetátu stát se acetonem způsobem syntézy ketonových tělísek. Nepotřebuje provádět enzymy.

Chemická rovnováha a LeChatelierův zákon

LeChatelierův zákon upravuje rovnováhu chemických reakcí a říká:

„Jakýkoli podnět daný chemické reakci v rovnováze způsobí, že bude reagovat tím, že bude působit proti ní, až do jiného bodu rovnováhy.“

LeChatelierův zákon lze popsat podle proměnných tlak, objem a koncentrace:

• Zda zvýšit tlak do reakce, bude směrována tam, kde se generuje méně molů, buď směrem k reaktantům nebo k produktům.
• Zda snížit tlak reakce, půjde tam, kde se vytvoří více molů, buď směrem k reaktantům, nebo směrem k produktům.
• Zda zvýšit teplotu do reakce, půjde tam, kde je teplo absorbováno (endotermická reakce), a to buď přímým způsobem (z reaktantů na produkty) nebo obráceným způsobem (z produktů na reaktanty).
• Zda snížit teplotu do reakce, půjde tam, kde se uvolňuje teplo (exotermická reakce), a to buď přímým způsobem (z reaktantů na produkty) nebo obráceným způsobem (z produktů na reaktanty).
• Zda zvyšuje koncentraci činidla, reakce bude směřovat k vytvoření více produktů.
• Zda snižuje koncentraci produktu, reakce bude směrována k vytvoření více činidel.

Faktory, které mění rychlost reakce

The rychlost reakce je koncentrace reaktantů (v mol / litr), která je spotřebována pro každou jednotku času.

Tuto rychlost ovlivňuje šest faktorů:

• Koncentrace
• Tlak
• Teplota
• Kontaktní povrch
• Povaha činidel
• Katalyzátory

The koncentrace je množství činidla pro každou jednotku objemu (mol / litr). Pokud je přidáno určité množství, reakce bude reagovat rychleji generováním produktů.

The Tlak ovlivňuje to pouze v případě, že reaktanty a produkty jsou plyny. Reakce bude reagovat podle zákona LeChatelier.

The teplota upřednostňuje reakce v závislosti na tom, zda jsou endotermické nebo exotermické. Pokud je endotermní, zvýšení teploty urychlí reakci. Pokud je exotermická, bude ji řídit snížení teploty.

The kontaktní plocha Pomáhá lépe rozptýlit částice činidla mezi sebou, takže reakce je urychlena a produkty jsou dosaženy rychleji.

The povaha činidel, skládající se z jeho molekulární struktury, určuje rychlost reakce. Například kyseliny jako kyselina chlorovodíková (HCl) jsou okamžitě neutralizovány, dokonce agresivně, bázemi jako hydroxid sodný (NaOH).

The katalyzátory Jsou to chemické látky, které se nepodílejí na reakci, ale jsou odpovědné za urychlení nebo oddálení interakce reaktantů. Jsou prodávány ve fyzickém tvaru, který nabízí dobrou kontaktní plochu.

Příklady energie v chemických reakcích

Teploty spalování různých chemikálií jsou uvedeny níže:

Metan: CH₄ + 2O₂ -> CO₂ + 2 hodiny₂NEBO

ΔH = -212800 cal / mol (vydává teplo, je exotermní)

Ethan: C.₂H₆ + (7/2) O.₂ -> 2CO₂ + 3H₂NEBO

ΔH = -372820 cal / mol (vydává teplo, je exotermní)

Propan: C.₃H₈ + 5O₂ -> 3CO₂ + 4H₂NEBO

ΔH = -530600 cal / mol (vydává teplo, je exotermní)

Butan: C.₄H₁₀ + (13/2) O.₂ -> 4CO₂ + 5 hodin₂NEBO

ΔH = -687980 cal / mol (vydává teplo, je exotermní)

Pentan: C.₅H₁₂ + 8O₂ -> 5CO₂ + 6 hodin₂NEBO

ΔH = -845160 cal / mol (vydává teplo, je exotermní)

Ethylen: C.₂H₄ + 3O₂ -> 2CO₂ + 2 hodiny₂NEBO

ΔH = -337230 cal / mol (vydává teplo, je exotermní)

Acetylen: C.₂H₂ + (5/2) O.₂ -> 2CO₂ + H₂NEBO

ΔH = -310620 cal / mol (vydává teplo, je exotermní)

Benzen: C.₆H₆ + (15/2) O.₂ -> 6CO₂ + 3H₂NEBO

ΔH = -787200 cal / mol (vydává teplo, je exotermický)

Toluen: C.₇H₈ + 9 °₂ -> 7CO₂ + 4H₂NEBO

ΔH = -934500 cal / mol (vydává teplo, je exotermní)

Ethanol: C.₂H₅OH + 3O₂ -> 2CO₂ + 3H₂NEBO

ΔH = -326700 cal / mol (vydává teplo, je exotermní)