Energie und chemische Reaktionen

Alle chemische Reaktion trage mit ihm a Energieänderung, aufgrund der Umwandlung der daran beteiligten Stoffe. Energie kann sich auf verschiedene Weise manifestieren:

• Heiß
• Innere Energie
• Aktivierungsenergie

Wärme bei chemischen Reaktionen

Das Moleküle chemischer Verbindungen sie werden gebildet von Verbindungen, die eine Energie tragen enthalten, die die Atome zusammenhält. Bei einer chemischen Reaktion durchlaufen die beteiligten Moleküle die einige davon brechen Verbindungen, die eine Energieschwankung verursachen. Es erscheint normalerweise als eine Änderung der Hitze.

Das heiß bei chemischen Reaktionen wird es gemessen durch die Enthalpie (H), die eine thermodynamische Größe ist, die die thermischen Änderungen beschreibt, die auf einen konstanten Druck gebracht werden. Es wird in Kalorien pro Mol gemessen (kal/mol), und wird für jede Verbindung der Reaktion mit der folgenden Formel berechnet:

ΔH = mCpΔT

Wo:

ΔH: Enthalpieänderung des Stoffes

m: Masse des an der Reaktion beteiligten Stoffes

Cp: ​​spezifische Wärme bei konstantem Druck des Stoffes

ΔT: Temperaturänderung in der Reaktion

Wenn sie an der chemischen Reaktion teilnehmen Elemente, ihre Enthalpie gilt als 0 weil keine Energie investiert wurde, um sie zu bilden.

Für eine vollständige Reaktion, deren Form ist:

2A + B -> 3C + D

Die Enthalpie ergibt sich aus einer Subtraktion:

Reaktionsenthalpie = Enthalpie der Produkte - Enthalpie der Reaktanten

H_Reaktion = H (3C + D) - ΔH (2A + B)

Jede der Enthalpien trägt den Koeffizienten carry mit der die Substanz in der Reaktion agiert (die Anzahl der Mol. Für A ist es in diesem Fall 2, und es wird den Wert seiner Enthalpie multiplizieren.

Zum Beispiel für die Propanverbrennungsreaktion:

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

HC₃H₈ = -24820 cal / mol

HODER₂ = 0 cal / mol

HCO₂ = -94050 cal / mol

HH₂O = -68320 cal / mol

Reaktionsenthalpie = Enthalpie der Produkte - Enthalpie der Reaktanten

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

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

H_Reaktion = -555430 + 24820

H_Reaktion = -530610 cal / mol

Arten von chemischen Reaktionen nach Wärme

Chemische Reaktionen werden nach der darin enthaltenen Wärme in zwei Arten eingeteilt:

• Exotherme Reaktionen
• Endotherme Reaktionen

Das exotherme Reaktionen sind solche, bei denen die Stoffe während der Wechselwirkung Wärme abgegeben haben. Dies ist beispielsweise bei einer starken Säure der Fall, die mit Wasser in Kontakt kommt. Die Lösung erwärmt sich. Es tritt auch bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen auf, die Wärme in Form von Feuer freisetzen, begleitet von Kohlendioxid CO₂ und Wasserdampf H₂ODER.

Das endotherme Reaktionen sind solche, bei denen die Reaktanten Wärme aufnehmen müssen, um mit der Reaktion zu beginnen. Ab einer gewissen Hitze werden die Produkte erzeugt. Dies ist beispielsweise bei der Entstehung von Stickoxiden der Fall, bei deren Prozess viel Wärme anfallen muss, damit sich Sauerstoff und Stickstoff zu einer Verbindung vereinigen.

Innere Energie bei chemischen Reaktionen

Das innere Energie (U, E) eines Stoffes ist die Summe der kinetischen und potentiellen Energien aller seiner Teilchen. Diese Größe greift in die chemischen Reaktionen im Enthalpieberechnungen:

ΔH = ΔU + PΔV

Diese Enthalpieformel basiert auf dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik, der geschrieben wird:

Q = ΔU - ΔW

Wo:

F: Wärme aus einem thermodynamischen System (das eine chemische Reaktion sein kann). Es wird in Kalorien pro Mol gemessen, genau wie Enthalpien.

ODER: Innere Energie des thermodynamischen Systems.

W: Mechanische Arbeit des thermodynamischen Systems und berechnet sich aus dem Produkt aus Druck und Volumenänderung (PΔV).

Aktivierungsenergie bei chemischen Reaktionen

Das Aktivierungsenergie ist die Energiemenge, die den Beginn chemischer Reaktionen wie folgt bestimmt:

• Wenn die Aktivierungsenergie ist zu kurz, die Reaktion wird sein spontand.h. es startet von selbst und die Reagenzien werden durch bloßen Kontakt umgewandelt.
• Wenn die Aktivierungsenergie es ist niedrig, müssen Sie den Reagenzien etwas Energie hinzufügen, damit sie interagieren können.
• Wenn die Aktivierungsenergie ist hoch, muss genügend Energie investiert werden, damit die Reaktion abläuft.
• Wenn die Aktivierungsenergie es ist sehr hoch, müssen wir auf die sog Katalysatoren, um es zugänglicher zu machen.

Das Katalysatoren Sie sind chemische Substanzen, die nicht an der Umwandlung chemischer Reaktionen teilnehmen, sondern für deren Beschleunigung verantwortlich sind. abnehmende Aktivierungsenergie so dass die Reaktanten zu Produkten werden.

Eine spontane Reaktion findet sich beispielsweise im menschlichen Stoffwechsel: spontane Decarboxylierung von Acetoacetat zu Aceton, im Wege der Synthese von Ketonkörpern. Es braucht keine Enzyme durchgeführt zu werden.

Chemisches Gleichgewicht und das Gesetz von LeChatelier

Das Gesetz von LeChatelier regelt das Gleichgewicht bei chemischen Reaktionen und sagt:

"Jeder Reiz, der einer chemischen Reaktion im Gleichgewicht gegeben wird, lässt sie bis zu einem anderen Gleichgewichtspunkt reagieren, indem sie ihr entgegenwirkt."

Das Gesetz von LeChatelier lässt sich anhand der Variablen Druck, Volumen und Konzentration beschreiben:

• Ob den Druck erhöhen für die Reaktion wird es dorthin geleitet, wo weniger Mole erzeugt werden, entweder zu den Reaktanten oder zu den Produkten.
• Ob Druck reduzieren die Reaktion, wird es dorthin gehen, wo mehr Mole erzeugt werden, entweder in Richtung der Reaktanten oder in Richtung der Produkte.
• Ob die Temperatur erhöhen In die Reaktion gelangt sie dorthin, wo die Wärme aufgenommen wird (endotherme Reaktion), entweder auf direktem Weg (von den Reaktanten zu den Produkten) oder umgekehrt (von den Produkten zu den Reaktanten).
• Ob die Temperatur reduzieren zur Reaktion, wird es dorthin geleitet, wo die Wärme freigesetzt wird (exotherme Reaktion), entweder auf direktem Weg (von den Reaktionspartnern zu den Produkten) oder umgekehrt (von den Produkten zu den Reaktionspartnern).
• Ob erhöht die Konzentration eines Reagenzes, wird die Reaktion darauf ausgerichtet, mehr Produkte zu erzeugen.
• Ob reduziert die Konzentration eines Produktes, wird die Reaktion darauf ausgerichtet, mehr Reagenzien zu erzeugen.

Faktoren, die die Reaktionsgeschwindigkeit verändern modify

Das Reaktionsgeschwindigkeit ist die Konzentration der Reaktanten (in mol/Liter), die pro Zeiteinheit verbraucht wird.

Es gibt sechs Faktoren, die diese Geschwindigkeit beeinflussen:

• Konzentration
• Druck
• Temperatur
• Kontaktfläche
• Art der Reagenzien
• Katalysatoren

Das Konzentration ist die Reagenzmenge für jede Volumeneinheit (Mol / Liter). Wenn eine Menge hinzugefügt wird, reagiert die Reaktion, indem sie schneller Produkte erzeugt.

Das Druck es wirkt sich nur aus, wenn die Reaktanten und Produkte Gase sind. Die Reaktion wird gemäß dem LeChatelier-Gesetz reagieren.

Das Temperatur begünstigt Reaktionen, je nachdem, ob sie endotherm oder exotherm sind. Wenn es endotherm ist, beschleunigt eine Temperaturerhöhung die Reaktion. Wenn es exotherm ist, wird es durch eine Temperatursenkung angetrieben.

Das Kontaktfläche Es hilft, die Reagenzpartikel besser untereinander zu dispergieren, so dass die Reaktion beschleunigt und die Produkte schneller erreicht werden.

Das Art der Reagenzien, bestehend aus seiner molekularen Struktur, bestimmt die Reaktionsgeschwindigkeit. So werden beispielsweise Säuren wie Salzsäure (HCl) durch Basen wie Natriumhydroxid (NaOH) sofort neutralisiert, sogar aggressiv.

Das Katalysatoren Sie sind chemische Stoffe, die nicht an der Reaktion beteiligt sind, aber dafür verantwortlich sind, die Wechselwirkung der Reaktionspartner zu beschleunigen oder zu verzögern. Sie werden in einer physischen Form vermarktet, die eine gute Kontaktfläche bietet.

Beispiele für Energie in chemischen Reaktionen

Die Verbrennungswärme verschiedener Chemikalien sind nachfolgend dargestellt:

Methan: CH₄ + 2O₂ -> CO₂ + 2H₂ODER

ΔH = -212800 cal / mol (Gibt Wärme ab, ist exotherm)

Ethan: C₂H₆ + (7/2) Aus₂ -> 2CO₂ + 3H₂ODER

ΔH = -372820 cal / mol (Gibt Wärme ab, ist exotherm)

Propan: C₃H₈ + 5O₂ -> 3CO₂ + 4H₂ODER

ΔH = -530600 cal / mol (Gibt Wärme ab, ist exotherm)

Butan: C₄H₁₀ + (13/2) O₂ -> 4CO₂ + 5H₂ODER

ΔH = -687980 cal / mol (Gibt Wärme ab, ist exotherm)

Pentan: C₅H₁₂ + 8O₂ -> 5CO₂ + 6H₂ODER

ΔH = -845160 cal / mol (Gibt Wärme ab, ist exotherm)

Ethylen: C₂H₄ + 3O₂ -> 2CO₂ + 2H₂ODER

ΔH = -337230 cal / mol (Gibt Wärme ab, ist exotherm)

Acetylen: C₂H₂ + (5/2) Aus₂ -> 2CO₂ + H₂ODER

ΔH = -310620 cal / mol (Gibt Wärme ab, ist exotherm)

Benzol: C₆H₆ + (15/2) Aus₂ -> 6CO₂ + 3H₂ODER

ΔH = -787200 cal / mol (Gibt Wärme ab, ist exotherm)

Toluol: C₇H₈ + 9O₂ -> 7CO₂ + 4H₂ODER

ΔH = -934500 cal / mol (Gibt Wärme ab, ist exotherm)

Ethanol: C₂H₅OH + 3O₂ -> 2CO₂ + 3H₂ODER

ΔH = -326700 cal / mol (Gibt Wärme ab, ist exotherm)