Energi dan Reaksi Kimia

Semua reaksi kimia bawa bersamanya perubahan energi, karena transformasi zat yang berpartisipasi di dalamnya. Energi dapat memanifestasikan dirinya dalam berbagai cara:

• Panas
• Energi dalam
• Energi aktivasi

Panas dalam reaksi kimia

Itu molekul senyawa kimia mereka dibentuk oleh tautan yang membawa energi termasuk, yang memegang atom bersama-sama. Ketika reaksi kimia terjadi, molekul yang berpartisipasi mengalami melanggar beberapa dari ini link, yang menyebabkan variasi energi. Biasanya muncul sebagai perubahan panas.

Itu panas dalam reaksi kimia diukur dengan Entalpi (H), yang merupakan besaran termodinamika yang menggambarkan perubahan termal yang dibawa ke tekanan konstan. Itu diukur dalam kalori per mol (kal / mol), dan dihitung untuk setiap senyawa reaksi, dengan rumus sebagai berikut:

H = mCpΔT

Dimana:

H: perubahan entalpi zat

m: massa zat yang terlibat dalam reaksi

Cp: ​​panas spesifik pada tekanan konstan, zat of

T: perubahan suhu dalam reaksi

Jika mereka berpartisipasi dalam reaksi kimia unsur, entalpinya dianggap 0 karena tidak ada energi yang diinvestasikan untuk membentuknya.

Untuk reaksi lengkap, bentuknya adalah:

2A + B -> 3C + D

Entalpi akan dihasilkan dari melakukan pengurangan:

Entalpi reaksi = Entalpi produk - Entalpi reaktan

H_reaksi = H (3C + D) - H (2A + B)

Masing-masing entalpi akan membawa koefisien dengan mana zat bertindak dalam reaksi (jumlah mol. Untuk A, dalam hal ini adalah 2, dan akan mengalikan nilai entalpinya.

Misalnya, untuk reaksi pembakaran propana:

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

HC₃H₈ = -24820 kal / mol

HATAU₂ = 0 kal / mol

HBERSAMA₂ = -94050 kal / mol

HH₂O = -68320 kal / mol

Entalpi reaksi = Entalpi produk - Entalpi reaktan

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

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

H_reaksi = -555430 + 24820

H_reaksi = -530610 kal / mol

Macam-macam reaksi kimia menurut kalor

Reaksi kimia akan diklasifikasikan menjadi dua jenis menurut panas yang terlibat di dalamnya:

• Reaksi eksotermik
• Reaksi endoterm

Itu reaksi eksoterm adalah mereka di mana, selama interaksi, zat telah melepaskan panas. Ini adalah kasus, misalnya, asam kuat yang bersentuhan dengan air. Solusinya menghangat. Itu juga terjadi pada pembakaran hidrokarbon, yang melepaskan panas dalam bentuk api, disertai dengan karbon dioksida CO₂ dan uap air H₂ATAU.

Itu reaksi endoterm adalah mereka di mana, untuk mulai bereaksi, reaktan harus menerima panas. Dari panas tertentu produk mulai dihasilkan. Ini adalah kasus, misalnya, dari generasi oksida nitrogen, yang harus ada sejumlah besar panas dalam proses untuk oksigen dan nitrogen untuk bersatu dalam suatu senyawa.

Energi dalam dalam reaksi kimia

Itu energi dalam (U, E) suatu zat adalah jumlah energi kinetik dan energi potensial semua partikelnya. Besaran ini mengintervensi reaksi kimia di perhitungan entalpi:

H = U + PΔV

Rumus entalpi ini didasarkan pada hukum pertama termodinamika, yang ditulis:

Q = U - W

Dimana:

T: panas dari sistem termodinamika (yang dapat berupa reaksi kimia). Ini diukur dalam kalori per mol, sama seperti entalpi.

ATAU: Energi internal sistem termodinamika.

P: Kerja mekanis dari sistem termodinamika, dan dihitung dengan produk tekanan dan perubahan volume (PΔV).

Energi aktivasi dalam reaksi kimia

Itu energi aktivasi adalah jumlah energi yang akan menentukan awal reaksi kimia, sebagai berikut:

• Jika energi aktivasi terlalu pendek, reaksinya adalah spontan, yaitu, ia akan mulai dengan sendirinya dan reagen akan diubah hanya dengan bersentuhan.
• Jika energi aktivasi itu rendah, Anda perlu menambahkan beberapa energi ke reagen agar mereka mulai berinteraksi.
• Jika energi aktivasi tinggi, energi yang cukup harus diinvestasikan untuk reaksi berlangsung.
• Jika energi aktivasi itu sangat tinggi, kita harus menggunakan apa yang disebut katalis, untuk membuatnya lebih mudah diakses.

Itu katalis Mereka adalah zat kimia yang tidak berpartisipasi dalam transformasi reaksi kimia, tetapi bertanggung jawab untuk mempercepatnya, energi aktivasi berkurang sehingga reaktan mulai menjadi produk.

Reaksi spontan, misalnya, ditemukan dalam metabolisme manusia: dekarboksilasi spontan asetoasetat menjadi aseton, dalam cara sintesis badan keton. Tidak perlu enzim untuk dilakukan.

Kesetimbangan kimia dan Hukum LeChatelier

Hukum LeChatelier adalah hukum yang mengatur kesetimbangan dalam reaksi kimia, dan berbunyi:

"Setiap stimulus yang diberikan pada reaksi kimia dalam kesetimbangan akan membuatnya merespons dengan menangkalnya, hingga titik kesetimbangan yang berbeda"

Hukum LeChatelier dapat dijelaskan menurut variabel tekanan, volume dan konsentrasi:

• Apakah meningkatkan tekanan ke reaksi, itu akan diarahkan ke tempat yang lebih sedikit mol yang dihasilkan, baik ke arah reaktan atau ke arah produk.
• Apakah mengurangi tekanan ke reaksi, ini akan menuju ke tempat lebih banyak mol dihasilkan, baik ke arah reaktan atau ke arah produk.
• Apakah naikkan suhu ke reaksi, itu akan menuju ke tempat panas diserap (reaksi endotermik), baik secara langsung (dari reaktan ke produk) atau sebaliknya (dari produk ke reaktan).
• Apakah turunkan suhu ke reaksi, ia akan pergi ke tempat panas dilepaskan (reaksi eksotermik), baik secara langsung (dari reaktan ke produk) atau sebaliknya (dari produk ke reaktan).
• Apakah meningkatkan konsentrasi reagen, reaksi akan diarahkan untuk menghasilkan lebih banyak produk.
• Apakah mengurangi konsentrasi produk, reaksi akan diarahkan untuk menghasilkan lebih banyak reagen.

Faktor yang mengubah kecepatan reaksi speed

Itu kecepatan reaksi adalah konsentrasi reaktan (dalam mol/liter) yang dikonsumsi untuk setiap satuan waktu.

Ada enam faktor yang mempengaruhi kecepatan ini:

• Konsentrasi
• Tekanan
• Suhu
• Permukaan kontak
• Sifat reagen
• Katalis

Itu konsentrasi adalah jumlah pereaksi untuk setiap satuan volume (mol/liter). Jika jumlah ditambahkan, reaksi akan merespon dengan menghasilkan produk lebih cepat.

Itu Tekanan itu hanya mempengaruhi jika reaktan dan produk adalah gas. Reaksi akan merespon sesuai dengan Hukum LeChatelier.

Itu suhu menyukai reaksi tergantung pada apakah mereka endotermik atau eksotermik. Jika bersifat endoterm, kenaikan suhu akan mempercepat reaksi. Jika eksotermik, penurunan suhu akan mendorongnya.

Itu permukaan kontak Ini membantu partikel reagen agar terdispersi lebih baik di antara mereka sendiri, sehingga reaksi dipercepat dan produk tercapai lebih cepat.

Itu sifat reagen, yang terdiri dari struktur molekulnya, menentukan laju reaksi. Misalnya, asam seperti asam klorida (HCl) segera dinetralkan, bahkan secara agresif, oleh basa seperti natrium hidroksida (NaOH).

Itu katalis Mereka adalah zat kimia yang tidak terlibat dalam reaksi, tetapi bertanggung jawab untuk mempercepat atau menunda interaksi reaktan. Mereka dipasarkan dalam bentuk fisik yang menawarkan area kontak yang baik.

Contoh energi dalam reaksi kimia

Panas pembakaran berbagai bahan kimia ditunjukkan di bawah ini:

Metana: C H₄ + 2O₂ -> CO₂ + 2H₂ATAU

H = -212800 kal / mol (Mengeluarkan panas, bersifat eksotermik)

Etana: C₂H₆ + (7/2) O₂ -> 2CO₂ + 3H₂ATAU

H = -372820 kal / mol (Melepaskan panas, bersifat eksotermik)

Propana: C₃H₈ + 5O₂ -> 3CO₂ + 4H₂ATAU

H = -530600 kal / mol (Melepaskan panas, bersifat eksotermik)

Butana: C₄H₁₀ + (13/2) O₂ -> 4CO₂ + 5H₂ATAU

H = -687980 kal / mol (Melepaskan panas, bersifat eksotermik)

Pentana: C₅H₁₂ + 8O₂ -> 5CO₂ + 6H₂ATAU

H = -845160 kal / mol (Mengeluarkan panas, bersifat eksotermik)

Etilen: C₂H₄ + 3O₂ -> 2CO₂ + 2H₂ATAU

H = -337230 kal / mol (Melepaskan panas, bersifat eksotermik)

Asetilena: C₂H₂ + (5/2) O₂ -> 2CO₂ + H₂ATAU

H = -310620 kal / mol (Melepaskan panas, bersifat eksotermik)

Benzena: C₆H₆ + (15/2) O₂ -> 6CO₂ + 3H₂ATAU

H = -787200 kal / mol (Melepaskan panas, bersifat eksotermik)

Toluena: C₇H₈ + 9O₂ -> 7CO₂ + 4H₂ATAU

H = -934500 kal / mol (Mengeluarkan panas, bersifat eksotermik)

Etanol: C₂H₅OH + 3O₂ -> 2CO₂ + 3H₂ATAU

H = -326700 kal / mol (Melepaskan panas, bersifat eksotermik)