Énergie et réactions chimiques

Tout réaction chimique emporter avec lui un changement d'énergie, en raison de la transformation des substances qui y participent. L'énergie peut se manifester de différentes manières :

• Chaud
• Énergie interne
• Énergie d'activation

Chaleur dans les réactions chimiques

le molécules de composés chimiques ils sont formés par des liens porteurs d'une énergie inclus, qui maintient les atomes ensemble. Lorsqu'une réaction chimique se produit, les molécules participantes subissent la briser certains de ces liens, ce qui provoque une variation d'énergie. Il apparaît généralement comme un changement de chaleur.

le chaud dans les réactions chimiques, il est mesuré par le Enthalpie (H), qui est une grandeur thermodynamique qui décrit les changements thermiques amenés à pression constante. Il se mesure en calories par mole (cal/mol), et est calculé pour chaque composé dans la réaction, avec la formule suivante :

H = mCpΔT

Où:

ΔH: changement d'enthalpie de la substance

m: masse de la substance participant à la réaction

Cp: chaleur spécifique à pression constante, de la substance

ΔT: changement de température dans la réaction

S'ils participent à la réaction chimique éléments, leur enthalpie est considérée comme 0 car aucune énergie n'a été investie pour les former.

Pour une réaction complète, dont la forme est :

2A + B -> 3C + D

L'enthalpie résultera d'une soustraction :

Enthalpie de réaction = Enthalpie des produits - Enthalpie des réactifs

H_réaction = H (3C + D) - ΔH (2A + B)

Chacune des enthalpies portera le coefficient avec laquelle la substance agit dans la réaction (le nombre de moles. Pour A, dans ce cas, c'est 2, et il va multiplier la valeur de son enthalpie.

Par exemple, pour la réaction de combustion du propane :

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

HC₃H₈ = -24820 cal/mol

HOU ALORS₂ = 0 cal/mol

HCO₂ = -94050 cal/mol

HH₂O = -68320 cal/mol

Enthalpie de réaction = Enthalpie des produits - Enthalpie des réactifs

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

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

H_réaction = -555430 + 24820

H_réaction = -530610 cal/mol

Types de réactions chimiques en fonction de la chaleur

Les réactions chimiques vont être classées en deux types selon la chaleur qu'elles impliquent :

• Réactions exothermiques
• Réactions endothermiques

le réactions exothermiques sont ceux dans lesquels, au cours de l'interaction, les substances ont libéré de la chaleur. C'est le cas, par exemple, d'un acide fort qui entre en contact avec de l'eau. La solution se réchauffe. Il se produit également lors de la combustion d'hydrocarbures, qui dégagent de la chaleur sous forme de feu, accompagnée de dioxyde de carbone CO₂ et vapeur d'eau H₂OU ALORS.

le réactions endothermiques sont celles dans lesquelles, pour commencer à réagir, les réactifs doivent recevoir de la chaleur. C'est à partir d'une certaine chaleur que les produits commencent à être générés. C'est le cas, par exemple, de la génération d'oxydes d'azote, pour laquelle il doit y avoir une grande quantité de chaleur dans le processus pour que l'oxygène et l'azote s'unissent dans un composé.

L'énergie interne dans les réactions chimiques

La énergie interne (U, E) d'une substance est la somme des énergies cinétique et potentielle de toutes ses particules. Cette grandeur intervient dans les réactions chimiques dans le calculs d'enthalpie:

H = ΔU + PΔV

Cette formule d'enthalpie est basée sur la première loi de la thermodynamique, qui s'écrit :

Q = ΔU - ΔW

Où:

Question : chaleur d'un système thermodynamique (qui peut être une réaction chimique). Elle se mesure en calories par mole, tout comme les enthalpies.

OU ALORS: Énergie interne du système thermodynamique.

W : Travail mécanique du système thermodynamique, et est calculé avec le produit de la pression et de la variation de volume (PΔV).

Énergie d'activation dans les réactions chimiques

La énergie d'activation est la quantité d'énergie qui déterminera le début des réactions chimiques, comme suit :

• Si l'énergie d'activation est trop court, la réaction sera spontané, c'est-à-dire qu'il démarrera tout seul et que les réactifs se transformeront simplement en entrant en contact.
• Si l'énergie d'activation c'est bas, vous devrez ajouter de l'énergie aux réactifs pour qu'ils commencent à interagir.
• Si l'énergie d'activation elle est grande, il faudra investir suffisamment d'énergie pour que la réaction ait lieu.
• Si l'énergie d'activation c'est très haut, nous devrons recourir à ce qu'on appelle catalyseurs, pour le rendre plus accessible.

Les catalyseurs Ce sont des substances chimiques qui ne participent pas aux réactions chimiques de transformation, mais sont chargées de les accélérer, énergie d'activation décroissante de sorte que les réactifs commencent à devenir des produits.

Une réaction spontanée est, par exemple, celle trouvée dans le métabolisme humain: décarboxylation spontanée de l'acétoacétate devenir de l'acétone, à la manière de la synthèse des corps cétoniques. Il n'a pas besoin d'enzymes pour être effectué.

Équilibre chimique et loi de LeChatelier

La loi de LeChatelier est celle qui régit l'équilibre dans les réactions chimiques, et elle dit :

"Tout stimulus donné à une réaction chimique en équilibre la fera réagir en la contrecarrant, jusqu'à un point d'équilibre différent"

La loi de LeChatelier peut être décrite en fonction des variables pression, volume et concentration :

• Je sais augmenter la pression à la réaction, elle sera dirigée là où moins de moles sont générées, soit vers les réactifs, soit vers les produits.
• Je sais réduire la pression à la réaction, cela ira là où plus de moles sont générées, soit vers les réactifs, soit vers les produits.
• Je sais augmenter la température à la réaction, elle ira là où la chaleur est absorbée (réaction endothermique), soit de manière directe (des réactifs aux produits) soit de manière inverse (des produits aux réactifs).
• Je sais baisser la température à la réaction, elle ira là où la chaleur est libérée (réaction exothermique), soit de manière directe (des réactifs aux produits) soit de manière inverse (des produits aux réactifs).
• Je sais augmente la concentration d'un réactif, la réaction sera dirigée pour générer plus de produits.
• Je sais réduit la concentration d'un produit, la réaction sera dirigée pour générer plus de réactifs.

Facteurs qui modifient la vitesse d'une réaction

La vitesse d'une réaction est la concentration des réactifs (en mol/litre) qui est consommée pour chaque unité de temps.

Il y a six facteurs qui influencent cette vitesse :

• Concentration
• Pression
• Température
• Surface de contact
• Nature des réactifs
• Catalyseurs

La concentration est la quantité de réactif pour chaque unité de volume (mol / litre). Si une quantité est ajoutée, la réaction réagira en générant des produits plus rapidement.

La Pression cela n'affecte que si les réactifs et les produits sont des gaz. La réaction répondra conformément à la loi LeChatelier.

La Température favorise les réactions selon qu'elles sont endothermiques ou exothermiques. S'il est endothermique, une augmentation de la température accélérera la réaction. S'il est exothermique, une baisse de température le conduira.

La surface de contact Il aide les particules de réactif à être mieux dispersées entre elles, de sorte que la réaction est accélérée et les produits sont atteints plus rapidement.

La nature des réactifs, qui se compose de sa structure moléculaire, détermine la vitesse de la réaction. Par exemple, des acides comme l'acide chlorhydrique (HCl) sont immédiatement neutralisés, même agressivement, par des bases comme l'hydroxyde de sodium (NaOH).

Les catalyseurs Ce sont des substances chimiques qui n'interviennent pas dans la réaction, mais qui sont responsables d'accélérer ou de retarder l'interaction des réactifs. Ils sont commercialisés sous une forme physique qui offre une bonne surface de contact.

Exemples d'énergie dans les réactions chimiques

Les chaleurs de combustion de divers produits chimiques sont indiquées ci-dessous :

Méthane: CH₄ + 2O₂ -> CO₂ + 2H₂OU ALORS

ΔH = -212800 cal / mol (Dégage de la chaleur, c'est exothermique)

Éthane: C₂H₆ + (7/2) O₂ -> 2CO₂ + 3H₂OU ALORS

ΔH = -372820 cal / mol (Dégage de la chaleur, c'est exothermique)

Propane: C₃H₈ + 5O₂ -> 3CO₂ + 4H₂OU ALORS

ΔH = -530600 cal / mol (dégage de la chaleur, est exothermique)

Butane: C₄H₁₀ + (13/2) O₂ -> 4CO₂ + 5H₂OU ALORS

ΔH = -687980 cal / mol (Dégage de la chaleur, c'est exothermique)

Pentane: C₅H₁₂ + 8O₂ -> 5CO₂ + 6H₂OU ALORS

ΔH = -845160 cal / mol (Dégage de la chaleur, c'est exothermique)

Éthylène: C₂H₄ + 3O₂ -> 2CO₂ + 2H₂OU ALORS

ΔH = -337230 cal / mol (Dégage de la chaleur, c'est exothermique)

Acétylène: C₂H₂ + (5/2) O₂ -> 2CO₂ + H₂OU ALORS

ΔH = -310620 cal / mol (Dégage de la chaleur, c'est exothermique)

Benzène: C₆H₆ + (15/2) O₂ -> 6CO₂ + 3H₂OU ALORS

ΔH = -787200 cal / mol (dégage de la chaleur, est exothermique)

Toluène: C₇H₈ + 9O₂ -> 7CO₂ + 4H₂OU ALORS

ΔH = -934500 cal / mol (Dégage de la chaleur, c'est exothermique)

Éthanol: C₂H₅OH + 3O₂ -> 2CO₂ + 3H₂OU ALORS

ΔH = -326700 cal / mol (Dégage de la chaleur, c'est exothermique)