Energi og kjemiske reaksjoner

Alle kjemisk reaksjon bære med seg a endring i energi, på grunn av transformasjonen av stoffene som deltar i den. Energi kan manifestere seg på forskjellige måter:

• Varmt
• Indre energi
• Aktiveringsenergi

Varme i kjemiske reaksjoner

De molekyler av kjemiske forbindelser de er dannet av koblinger som bærer energi inkludert, som holder atomene sammen. Når en kjemisk reaksjon oppstår, gjennomgår de deltakende molekylene bryte noen av disse koblinger, noe som forårsaker en variasjon i energi. Det ser vanligvis ut som en endring i varmen.

De varmt i kjemiske reaksjoner måles det av Enthalpy (H), som er en termodynamisk størrelse som beskriver de termiske endringene ført til konstant trykk. Det måles i kalorier per mol (cal / mol)og beregnes for hver forbindelse av reaksjonen, med følgende formel:

ΔH = mCpΔT

Hvor:

ΔH: endring i stoffets entalpi

m: massen av stoffet som deltar i reaksjonen

Cp: ​​spesifikk varme ved konstant trykk, av stoffet

ΔT: temperaturendring i reaksjonen

Hvis de deltar i den kjemiske reaksjonen elementer, blir entalpi betraktet som 0 fordi det ikke er investert energi i å danne dem.

For en fullstendig reaksjon, hvis form er:

2A + B -> 3C + D.

Entalpien vil være resultatet av å gjøre en subtraksjon:

Enthalpy of reaction = Enthalpy of products - Enthalpy of reactants

ΔH_reaksjon = ΔH (3C + D) - ΔH (2A + B)

Hver av entalpiene vil bære koeffisienten som stoffet virker i reaksjonen (antall mol. For A er det i dette tilfellet 2, og det vil multiplisere verdien av entalpi.

For eksempel for propanforbrenningsreaksjonen:

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

ΔHC₃H₈ = -24820 cal / mol

ΔHELLER₂ = 0 kal / mol

ΔHCO₂ = -94050 cal / mol

ΔHH₂O = -68320 cal / mol

Enthalpy of reaction = Enthalpy of products - Enthalpy of reactants

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

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

ΔH_reaksjon = -555430 + 24820

ΔH_reaksjon = -530610 cal / mol

Typer kjemiske reaksjoner i henhold til varme

Kjemiske reaksjoner vil bli klassifisert i to typer i henhold til varmen som er involvert i dem:

• Eksoterme reaksjoner
• Endotermiske reaksjoner

De eksoterme reaksjoner er de stoffene under interaksjonen har frigjort varme. Dette er for eksempel tilfellet med en sterk syre som kommer i kontakt med vann. Løsningen varmes opp. Det forekommer også ved forbrenning av hydrokarboner, som frigjør varme i form av brann, ledsaget av karbondioksid CO₂ og vanndamp H₂ELLER.

De endotermiske reaksjoner er de som reaktantene må motta varme for å begynne å reagere. Det er fra en viss varme at produktene begynner å bli generert. Dette er for eksempel tilfellet med generering av nitrogenoksider, for hvilke det må være en stor mengde varme i prosessen for at oksygen og nitrogen skal forenes i en forbindelse.

Intern energi i kjemiske reaksjoner

De indre energi (U, E) av et stoff er summen av den kinetiske og potensielle energien til alle partiklene. Denne størrelsen griper inn i de kjemiske reaksjonene i entalpi beregninger:

ΔH = UU + P ΔV

Denne entalpiformelen er basert på termodynamikkens første lov, som er skrevet:

ΔQ = ΔU - ΔW

Hvor:

Spørsmål: varme fra et termodynamisk system (som kan være en kjemisk reaksjon). Det måles i kalorier per mol, akkurat som entalpier.

ELLER: Intern energi i det termodynamiske systemet.

W: Mekanisk arbeid i det termodynamiske systemet, og beregnes med produktet av trykket og endringen i volum (PΔV).

Aktiviseringsenergi i kjemiske reaksjoner

De aktiveringsenergi er den mengden energi som vil bestemme begynnelsen på kjemiske reaksjoner, som følger:

• Hvis aktiveringsenergien er for kort, vil reaksjonen være spontandet vil si at den vil starte på egenhånd og reagensene vil bli transformert bare ved å komme i kontakt.
• Hvis aktiveringsenergien det er lavt, må du legge til litt energi i reagensene for at de skal begynne å samhandle.
• Hvis aktiveringsenergien er høy, nok energi må investeres for at reaksjonen skal finne sted.
• Hvis aktiveringsenergien det er veldig høyt, må vi ty til det såkalte katalysatorer, for å gjøre det mer tilgjengelig.

De katalysatorer De er kjemiske stoffer som ikke deltar i kjemiske reaksjonstransformasjoner, men som er ansvarlige for å akselerere dem, avtagende aktiveringsenergi slik at reaktantene begynner å bli produkter.

En spontan reaksjon er for eksempel en som finnes i menneskelig metabolisme: spontan dekarboksylering av acetoacetat å bli aceton, i veien for syntese av ketonlegemer. Det trenger ikke utføres enzymer.

Kjemisk likevekt og LeChateliers lov

LeChateliers lov er den som styrer likevekt i kjemiske reaksjoner, og den sier:

"Enhver stimulus gitt til en kjemisk reaksjon i likevekt vil få den til å reagere ved å motvirke den, opp til et annet likevektspunkt"

LeChateliers lov kan beskrives i henhold til variablene trykk, volum og konsentrasjon:

• Om øke trykket til reaksjonen vil den rettes mot hvor mindre mol genereres, enten mot reaktantene eller mot produktene.
• Om redusere trykket reaksjonen, vil den gå dit flere mol genereres, enten mot reaktantene eller mot produktene.
• Om øke temperaturen til reaksjonen vil den gå dit varmen absorberes (endoterm reaksjon), enten direkte (fra reaktanter til produkter) eller på motsatt måte (fra produkter til reaktanter).
• Om reduser temperaturen til reaksjonen vil den gå dit varmen frigjøres (eksoterm reaksjon), enten på direkte måte (fra reaktanter til produkter) eller på motsatt måte (fra produkter til reaktanter).
• Om øker konsentrasjonen av et reagensvil reaksjonen være rettet mot å generere flere produkter.
• Om reduserer konsentrasjonen av et produktreaksjonen vil være rettet mot å generere flere reagenser.

Faktorer som endrer hastigheten på en reaksjon

De hastigheten på en reaksjon er konsentrasjonen av reaktantene (i mol / liter) som forbrukes for hver tidsenhet.

Det er seks faktorer som påvirker denne hastigheten:

• Konsentrasjon
• Press
• Temperatur
• Kontaktflate
• Reagensens art
• Katalysatorer

De konsentrasjon er mengden reagens for hver volumenhet (mol / liter). Hvis en mengde tilsettes, vil reaksjonen svare ved å generere produkter raskere.

De Press det påvirker bare hvis reaktantene og produktene er gasser. Reaksjonen vil svare i henhold til LeChatelier-loven.

De temperatur favoriserer reaksjoner avhengig av om de er endotermiske eller eksoterme. Hvis det er endotermisk, vil en økning i temperatur øke reaksjonen. Hvis den er eksoterm, vil en reduksjon i temperaturen drive den.

De kontaktflate Det hjelper reagenspartiklene til å spres bedre mellom seg, slik at reaksjonen akselereres og produktene nås raskere.

De reagensens natur, bestående av dens molekylære struktur, bestemmer reaksjonshastigheten. For eksempel blir syrer som saltsyre (HCl) umiddelbart nøytralisert, til og med aggressivt, av baser som natriumhydroksid (NaOH).

De katalysatorer De er kjemiske stoffer som ikke er involvert i reaksjonen, men som er ansvarlige for å akselerere eller forsinke interaksjonen mellom reaktantene. De markedsføres i en fysisk form som gir et godt kontaktområde.

Eksempler på energi i kjemiske reaksjoner

Forbrenningsvarmen til forskjellige kjemikalier er vist nedenfor:

Metan: CH₄ + 2O₂ -> CO₂ + 2H₂ELLER

ΔH = -212800 cal / mol (avgir varme, den er eksoterm)

Etan: C₂H₆ + (7/2) O₂ -> 2CO₂ + 3H₂ELLER

ΔH = -372820 cal / mol (avgir varme, den er eksoterm)

Propan: C₃H₈ + 5O₂ -> 3CO₂ + 4H₂ELLER

ΔH = -530600 cal / mol (avgir varme, den er eksoterm)

Butan: C₄H₁₀ + (13/2) O₂ -> 4CO₂ + 5H₂ELLER

ΔH = -687980 cal / mol (avgir varme, den er eksoterm)

Pentan: C₅H₁₂ + 8O₂ -> 5CO₂ + 6H₂ELLER

ΔH = -845160 cal / mol (avgir varme, den er eksoterm)

Etylen: C₂H₄ + 3O₂ -> 2CO₂ + 2H₂ELLER

ΔH = -337230 cal / mol (avgir varme, den er eksoterm)

Acetylen: C₂H₂ + (5/2) O₂ -> 2CO₂ + H₂ELLER

ΔH = -310620 cal / mol (avgir varme, den er eksoterm)

Benzen: C₆H₆ + (15/2) O₂ -> 6CO₂ + 3H₂ELLER

ΔH = -787200 cal / mol (avgir varme, er eksoterm)

Toluen: C₇H₈ + 9O₂ -> 7CO₂ + 4H₂ELLER

ΔH = -934500 cal / mol (avgir varme, den er eksoterm)

Etanol: C₂H₅OH + 3O₂ -> 2CO₂ + 3H₂ELLER

ΔH = -326700 cal / mol (avgir varme, den er eksoterm)