Energetické a chemické reakcie

Všetky chemická reakcia nosiť so sebou a zmena energie, v dôsledku transformácie látok, ktoré sa na ňom zúčastňujú. Energia sa môže prejaviť rôznymi spôsobmi:

• Horúce
• Vnútorná energia
• Aktivačná energia

Teplo v chemických reakciách

The molekuly chemických zlúčenín sú tvorené odkazy, ktoré nesú energiu vrátane, ktorý drží atómy pohromade. Keď dôjde k chemickej reakcii, zúčastnené molekuly prechádzajú rozbitie niektorých z nich odkazy, čo spôsobuje variáciu energie. Zvyčajne sa to javí ako zmena tepla.

The horúci pri chemických reakciách sa meria pomocou Entalpia (H), čo je termodynamická veličina, ktorá popisuje tepelné zmeny vyvolané konštantným tlakom. Meria sa v kalóriách na mol (kal / mol), a je vypočítaný pre každú zlúčeninu reakcie pomocou nasledujúceho vzorca:

ΔH = mCpΔT

Kde:

ΔH: zmena entalpie látky

m: hmotnosť látky zúčastňujúcej sa na reakcii

Cp: ​​špecifické teplo látky pri konštantnom tlaku

ΔT: zmena teploty v reakcii

Ak sa podieľajú na chemickej reakcii prvkov, ich entalpia sa považuje za 0 pretože do ich formovania sa neinvestovala žiadna energia.

Pre úplnú reakciu, ktorej forma je:

2A + B -> 3C + D

Entalpia bude výsledkom odčítania:

Entalpia reakcie = Entalpia výrobkov - Entalpia reaktantov

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

Každá z entalpií bude niesť koeficient s ktorými látka pôsobí pri reakcii (počet mólov. Pre A, v tomto prípade, je to 2 a bude sa vynásobiť hodnota jeho entalpie.

Napríklad pre reakciu spaľovania propánu:

C.₃H₈(g) +50₂(g) -> 3CO₂(g) + 4H₂O (l)

ΔHC.₃H₈ = -24820 kal / mol

ΔHALEBO₂ = 0 kal / mol

ΔHCO₂ = -94050 kal. / Mol

ΔHH₂O = -68320 kal / mol

Entalpia reakcie = Entalpia výrobkov - Entalpia reaktantov

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

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

ΔH_reakcia = -555430 + 24820

ΔH_reakcia = -530610 kal / mol

Druhy chemických reakcií podľa tepla

Chemické reakcie sa budú klasifikovať do dvoch typov podľa tepla v nich obsiahnutých:

• Exotermické reakcie
• Endotermické reakcie

The exotermické reakcie sú také, v ktorých počas interakcie látky uvoľňovali teplo. Ide napríklad o silnú kyselinu, ktorá prichádza do styku s vodou. Roztok sa zahreje. Vyskytuje sa tiež pri spaľovaní uhľovodíkov, ktoré uvoľňujú teplo vo forme ohňa sprevádzané oxidom uhličitým CO₂ a vodná para H₂ALEBO

The endotermické reakcie sú také, v ktorých, aby reaktanty začali reagovať, musia prijímať teplo. Produkty sa začnú vytvárať z určitého tepla. Je to napríklad prípad tvorby oxidov dusíka, pri ktorých musí byť v procese spojenia kyslíka a dusíka v zlúčenine potrebné veľké množstvo tepla.

Vnútorná energia v chemických reakciách

The vnútorná energia (U, E) látky je súčet kinetickej a potenciálnej energie všetkých jej častíc. Táto veľkosť zasahuje do chemických reakcií v výpočty entalpie:

ΔH = ΔU + PΔV

Tento entalpický vzorec je založený na prvom zákone termodynamiky, ktorý je napísaný:

ΔQ = ΔU - ΔW

Kde:

Otázka: teplo z termodynamického systému (ktorým môže byť chemická reakcia). Meria sa v kalóriách na mol, rovnako ako entalpie.

ALEBO: Vnútorná energia termodynamického systému.

Ž: Mechanická práca termodynamického systému a počíta sa so súčinom tlaku a zmeny objemu (PΔV).

Aktivačná energia v chemických reakciách

The aktivačná energia je to množstvo energie, ktoré určí začiatok chemických reakcií nasledovne:

• Ak je aktivačná energia je príliš krátky, reakcia bude spontánna, to znamená, že sa spustí sám o sebe a reagenty sa transformujú iba kontaktom.
• Ak je aktivačná energia je nízka, budete musieť do reagencií pridať trochu energie, aby mohli interagovať.
• Ak je aktivačná energia je vysoko, na uskutočnenie reakcie bude potrebné investovať dostatok energie.
• Ak je aktivačná energia je veľmi vysoká, budeme sa musieť uchýliť k tzv katalyzátory, aby bol prístupnejší.

The katalyzátory Sú to chemické látky, ktoré sa nezúčastňujú na transformácii chemických reakcií, ale sú zodpovedné za ich urýchlenie, znižujúca sa aktivačná energia aby sa z reaktantov začali stávať produkty.

Spontánna reakcia je napríklad taká, ktorá sa nachádza v ľudskom metabolizme: spontánna dekarboxylácia acetoacetátu aby sa stal acetónom spôsobom syntézy ketónových teliesok. Nepotrebuje enzýmy.

Chemická rovnováha a LeChatelierov zákon

LeChatelierov zákon je ten, ktorý upravuje rovnováhu v chemických reakciách, a hovorí:

„Akýkoľvek stimul daný na chemickú reakciu v rovnováhe spôsobí, že bude pôsobiť proti nej, až do iného bodu rovnováhy.“

LeChatelierov zákon možno opísať podľa premenných tlak, objem a koncentrácia:

• Či už zvýšiť tlak do reakcie, bude smerovať tam, kde sa generuje menej mólov, buď smerom k reaktantom alebo k produktom.
• Či už znížiť tlak do reakcie, to pôjde tam, kde sa vytvorí viac mólov, buď smerom k reaktantom alebo k produktom.
• Či už zvýšiť teplotu do reakcie, pôjde tam, kde sa absorbuje teplo (endotermická reakcia), a to buď priamym spôsobom (z reaktantov do produktov) alebo opačným spôsobom (z produktov do reaktantov).
• Či už znížte teplotu do reakcie, pôjde tam, kde sa uvoľňuje teplo (exotermická reakcia), a to buď priamym spôsobom (z reaktantov do produktov) alebo opačným spôsobom (z produktov do reaktantov).
• Či už zvyšuje koncentráciu činidla, bude reakcia smerovať k vytvoreniu ďalších produktov.
• Či už znižuje koncentráciu produktu, bude reakcia smerovať k vytvoreniu väčšieho množstva reagencií.

Faktory, ktoré menia rýchlosť reakcie

The rýchlosť reakcie je koncentrácia reaktantov (v mol / liter), ktorá sa spotrebuje za každú jednotku času.

Túto rýchlosť ovplyvňuje šesť faktorov:

• Koncentrácia
• Tlak
• Teplota
• Kontaktná plocha
• Povaha činidiel
• Katalyzátory

The koncentrácia je množstvo činidla pre každú jednotku objemu (mol / liter). Ak sa pridá určité množstvo, reakcia bude reagovať rýchlejšou generáciou produktov.

The Tlak ovplyvňuje iba to, či sú reaktanty a produkty plyny. Reakcia bude reagovať v súlade so zákonom LeChatelier.

The teplota uprednostňuje reakcie v závislosti od toho, či sú endotermické alebo exotermické. Ak je endotermický, zvýšenie teploty urýchli reakciu. Ak je exotermická, bude ju poháňať zníženie teploty.

The kontaktná plocha Pomáha lepšie sa rozptýliť častice činidla medzi sebou, takže sa reakcia urýchľuje a produkty sa dosahujú rýchlejšie.

The povaha činidiel, ktorá sa skladá z jej molekulárnej štruktúry, určuje rýchlosť reakcie. Napríklad kyseliny ako kyselina chlorovodíková (HCl) sú okamžite neutralizované, dokonca agresívne, zásadami ako hydroxid sodný (NaOH).

The katalyzátory Sú to chemické látky, ktoré sa nezúčastňujú reakcie, ale sú zodpovedné za urýchlenie alebo oddialenie interakcie reaktantov. Sú predávané vo fyzickom tvare, ktorý ponúka dobrú kontaktnú plochu.

Príklady energie v chemických reakciách

Teplo horenia rôznych chemikálií je uvedené nižšie:

Metán: CH₄ + 2O₂ -> CO₂ + 2 H₂ALEBO

ΔH = -212800 cal / mol (uvoľňuje teplo, je exotermické)

Etán: C₂H₆ + (7/2) O.₂ -> 2CO₂ + 3H₂ALEBO

ΔH = -372820 cal / mol (uvoľňuje teplo, je exotermický)

Propán: C₃H₈ + 5O₂ -> 3CO₂ + 4H₂ALEBO

ΔH = -530600 cal / mol (uvoľňuje teplo, je exotermický)

Bután: C₄H₁₀ + (13/2) O.₂ -> 4CO₂ + 5 H₂ALEBO

ΔH = -687980 kal / mol (uvoľňuje teplo, je exotermický)

Pentán: C.₅H₁₂ + 8O₂ -> 5CO₂ + 6 H₂ALEBO

ΔH = -845160 cal / mol (uvoľňuje teplo, je exotermický)

Etylén: C.₂H₄ + 3O₂ -> 2CO₂ + 2 H₂ALEBO

ΔH = -337230 kal / mol (uvoľňuje teplo, je exotermický)

Acetylén: C.₂H₂ + (5/2) O.₂ -> 2CO₂ + H₂ALEBO

ΔH = -310620 cal / mol (uvoľňuje teplo, je exotermický)

Benzén: C₆H₆ + (15/2) O.₂ -> 6CO₂ + 3H₂ALEBO

ΔH = -787200 kal / mol (uvoľňuje teplo, je exotermický)

Toluén: C₇H₈ + 9O₂ -> 7CO₂ + 4H₂ALEBO

ΔH = -934500 cal / mol (uvoľňuje teplo, je exotermický)

Etanol: C.₂H₅OH + 3O₂ -> 2CO₂ + 3H₂ALEBO

ΔH = -326700 cal / mol (uvoľňuje teplo, je exotermický)