Энергетические и химические реакции

Все химическая реакция носить с собой изменение энергии, за счет преобразования веществ, которые в нем участвуют. Энергия может проявляться по-разному:

• Горячий
• Внутренняя энергия
• Энергия активации

Тепло в химических реакциях

В молекулы химических соединений они сформированы ссылки, несущие энергию включен, который удерживает атомы вместе. Когда происходит химическая реакция, участвующие молекулы подвергаются сломать некоторые из этих ссылки, что вызывает изменение энергии. Обычно это проявляется в изменении температуры тела.

В горячий в химических реакциях измеряется Энтальпия (H), который представляет собой термодинамическую величину, описывающую тепловые изменения, приводящие к постоянному давлению. Измеряется в калориях на моль. (кал / моль), и рассчитывается для каждого соединения реакции по следующей формуле:

ΔH = mCpΔT

Где:

ΔH: изменение энтальпии вещества

m: масса вещества, участвующего в реакции

Cp: ​​удельная теплоемкость вещества при постоянном давлении.

ΔT: изменение температуры в реакции

Если они участвуют в химической реакции элементов, их энтальпия считается 0 потому что на их формирование не было вложено никакой энергии.

Для полноценной реакции, форма которой:

2A + B -> 3C + D

Энтальпия получится в результате вычитания:

Энтальпия реакции = Энтальпия продуктов - Энтальпия реагентов

ΔH_{реакция} = ΔH (3C + D) - ΔH (2A + B)

Каждая из энтальпий будет нести коэффициент с которым вещество действует в реакции (количество мол. Для A в данном случае это 2, и он будет умножать значение его энтальпии.

Например, для реакции горения пропана:

C₃ЧАС₈(г) + 5O₂(г) -> 3CO₂(г) + 4Н₂О (л)

ΔHC₃ЧАС₈ = -24820 кал / моль

ΔHИЛИ ЖЕ₂ = 0 кал / моль

ΔHCO₂ = -94050 кал / моль

ΔHЧАС₂O = -68320 кал / моль

Энтальпия реакции = Энтальпия продуктов - Энтальпия реагентов

ΔH_{реакция} = [3 (-94050 кал / моль) + 4 (-68320 кал / моль)] - [-24820 кал / моль + 5 (0)]

ΔH_{реакция} = [-282150 + (-273280)] – (-24820)

ΔH_{реакция} = -555430 + 24820

ΔH_{реакция} = -530610 кал / моль

Типы химических реакций по теплу

Химические реакции будут разделены на два типа в зависимости от тепла, которое в них вовлечено:

• Экзотермические реакции
• Эндотермические реакции

В экзотермические реакции те, в которых при взаимодействии вещества выделяют тепло. Это, например, случай сильной кислоты, которая вступает в контакт с водой. Раствор нагревается. Это также происходит при сгорании углеводородов, которые выделяют тепло в виде огня, сопровождаемого углекислым газом CO.₂ и водяного пара H₂ИЛИ ЖЕ.

В эндотермические реакции те, в которых, чтобы начать реакцию, реагенты должны получить тепло. Именно от определенного тепла начинают образовываться продукты. Это относится, например, к образованию оксидов азота, для которого в процессе должно быть большое количество тепла, чтобы кислород и азот могли объединиться в соединение.

Внутренняя энергия в химических реакциях

В внутренняя энергия (U, E) вещества - это сумма кинетической и потенциальной энергий всех его частиц. Эта величина влияет на химические реакции в расчеты энтальпии:

ΔH = ΔU + PΔV

Эта формула энтальпии основана на первом законе термодинамики, который записывается:

ΔQ = ΔU - ΔW

Где:

Вопрос: тепло от термодинамической системы (которое может быть химической реакцией). Он измеряется в калориях на моль, как и энтальпия.

ИЛИ ЖЕ: Внутренняя энергия термодинамической системы.

W: Механическая работа термодинамической системы рассчитывается как произведение давления на изменение объема (PΔV).

Энергия активации в химических реакциях

В энергия активации это то количество энергии, которое определит начало химических реакций, а именно:

• Если энергия активации слишком короткий, реакция будет спонтанный, то есть он запустится сам по себе, и реагенты будут преобразованы при первом контакте.
• Если энергия активации это низкий, вам нужно будет добавить немного энергии к реагентам, чтобы они начали взаимодействовать.
• Если энергия активации в приоритете, необходимо будет вложить достаточно энергии, чтобы реакция произошла.
• Если энергия активации это очень высоко, придется прибегнуть к так называемому катализаторы, чтобы сделать его более доступным.

В катализаторы Это химические вещества, которые не участвуют в преобразовании химических реакций, но отвечают за их ускорение, уменьшение энергии активации так что реагенты начинают превращаться в продукты.

Спонтанная реакция, например, обнаруживается в метаболизме человека: спонтанное декарбоксилирование ацетоацетата превращаться в ацетон, путем синтеза кетоновых тел. Для этого не нужны ферменты.

Химическое равновесие и закон Лешателье

Закон Ле-Шателье - это тот закон, который регулирует равновесие в химических реакциях, и он гласит:

«Любой стимул, данный химической реакции в равновесии, заставит ее отреагировать, противодействуя ей, вплоть до другой точки равновесия»

Закон Ле-Шателье можно описать с помощью переменных давления, объема и концентрации:

• Ли увеличить давление к реакции, она будет направлена ​​туда, где образуется меньше молей, либо к реагентам, либо к продуктам.
• Ли снизить давление к реакции, это пойдет туда, где образуется больше молей, либо по отношению к реагентам, либо к продуктам.
• Ли повысить температуру в реакцию, он пойдет туда, где поглощается тепло (эндотермическая реакция), либо прямым путем (от реагентов к продуктам), либо наоборот (от продуктов к реагентам).
• Ли снизить температуру в реакцию, он пойдет туда, где выделяется тепло (экзотермическая реакция), либо прямым путем (от реагентов к продуктам), либо обратно (от продуктов к реагентам).
• Ли увеличивает концентрацию реагента, реакция будет направлена ​​на производство большего количества продуктов.
• Ли снижает концентрацию продукта, реакция будет направлена ​​на генерирование большего количества реагентов.

Факторы, влияющие на скорость реакции

В скорость реакции - концентрация реагентов (в моль / литр), потребляемая за каждую единицу времени.

На эту скорость влияют шесть факторов:

• Концентрация
• Давление
• Температура
• Контактная поверхность
• Природа реагентов
• Катализаторы

В концентрация - количество реагента на каждую единицу объема (моль / литр). Если добавлено какое-то количество, реакция будет быстрее образовывать продукты.

В Давление он влияет только в том случае, если реагенты и продукты являются газами. Реакция будет соответствовать закону Ле-Шателье.

В температура способствует реакциям в зависимости от того, являются они эндотермическими или экзотермическими. Если это эндотермический эффект, повышение температуры ускорит реакцию. Если он экзотермический, его будет стимулировать снижение температуры.

В контактная поверхность Это помогает частицам реагента лучше диспергироваться между собой, так что реакция ускоряется и продукты достигаются быстрее.

В природа реагентов, который состоит из его молекулярной структуры, определяет скорость реакции. Например, кислоты, такие как соляная кислота (HCl), немедленно нейтрализуются, даже агрессивно, такими основаниями, как гидроксид натрия (NaOH).

В катализаторы Это химические вещества, которые не участвуют в реакции, но отвечают за ускорение или замедление взаимодействия реагентов. Они продаются в физической форме, обеспечивающей хорошую площадь контакта.

Примеры энергии в химических реакциях

Теплоты сгорания различных химикатов показаны ниже:

Метан: CH₄ + 2O₂ -> CO₂ + 2H₂ИЛИ ЖЕ

ΔH = -212800 кал / моль (отдает тепло, является экзотермическим)

Этан: C₂ЧАС₆ + (7/2) O₂ -> 2CO₂ + 3H₂ИЛИ ЖЕ

ΔH = -372820 кал / моль (отдает тепло, является экзотермическим)

Пропан: C₃ЧАС₈ + 5O₂ -> 3CO₂ + 4H₂ИЛИ ЖЕ

ΔH = -530600 кал / моль (отдает тепло, является экзотермическим)

Бутан: C₄ЧАС₁₀ + (13/2) O₂ -> 4CO₂ + 5H₂ИЛИ ЖЕ

ΔH = -687980 кал / моль (отдает тепло, является экзотермическим)

Пентан: C₅ЧАС₁₂ + 8O₂ -> 5CO₂ + 6H₂ИЛИ ЖЕ

ΔH = -845160 кал / моль (отдает тепло, является экзотермическим)

Этилен: C₂ЧАС₄ + 3O₂ -> 2CO₂ + 2H₂ИЛИ ЖЕ

ΔH = -337230 кал / моль (отдает тепло, является экзотермическим)

Ацетилен: C₂ЧАС₂ + (5/2) O₂ -> 2CO₂ + H₂ИЛИ ЖЕ

ΔH = -3 · 10620 кал / моль (отдает тепло, экзотермичен)

Бензол: C₆ЧАС₆ + (15/2) O₂ -> 6CO₂ + 3H₂ИЛИ ЖЕ

ΔH = -787200 кал / моль (отдает тепло, является экзотермическим)

Толуол: C₇ЧАС₈ + 9O₂ -> 7CO₂ + 4H₂ИЛИ ЖЕ

ΔH = -934500 кал / моль (отдает тепло, является экзотермическим)

Этанол: C₂ЧАС₅ОН + 3О₂ -> 2CO₂ + 3H₂ИЛИ ЖЕ

ΔH = -326700 кал / моль (отдает тепло, является экзотермическим)