Energi- och kemiska reaktioner

Allt kemisk reaktion bära med sig a förändring i energi, på grund av omvandlingen av de ämnen som deltar i den. Energi kan manifestera sig på olika sätt:

• Varm
• Inre energi
• Aktiverings energi

Värme vid kemiska reaktioner

De molekyler av kemiska föreningar de bildas av länkar som bär en energi ingår, som håller atomerna ihop. När en kemisk reaktion inträffar genomgår de deltagande molekylerna bryta några av dessa länkar, vilket orsakar en variation i energi. Det verkar vanligtvis som en förändring av värmen.

De varm i kemiska reaktioner mäts det av Enthalpy (H), som är en termodynamisk mängd som beskriver de termiska förändringarna som bringas till konstant tryck. Det mäts i kalorier per mol (cal / mol)och beräknas för varje förening i reaktionen med följande formel:

Ah = mCpΔT

Var:

ΔH: förändring av ämnets entalpi

m: ämnets massa som deltar i reaktionen

Cp: ​​ämneets specifika värme vid konstant tryck

AT: temperaturförändring i reaktionen

Om de deltar i den kemiska reaktionen element betraktas deras entalpi som 0 eftersom ingen energi har investerats i att forma dem.

För en fullständig reaktion, vars form är:

2A + B -> 3C + D.

Entalpi kommer att uppstå genom att göra en subtraktion:

Enthalpy of reaction = Enthalpy of products - Enthalpy of reactants

Ah_reaktion = Ah (3C + D) - Ah (2A + B)

Var och en av entalpierna kommer att bära koefficienten med vilket ämnet verkar i reaktionen (antalet mol. För A är det i detta fall 2, och det kommer att multiplicera värdet av entalpi.

Till exempel för propanförbränningsreaktionen:

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

AhC₃H₈ = -24820 cal / mol

AhELLER₂ = 0 kal / mol

AhCO₂ = -94050 cal / mol

AhH₂O = -68320 cal / mol

Enthalpy of reaction = Enthalpy of products - Enthalpy of reactants

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

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

Ah_reaktion = -555430 + 24820

Ah_reaktion = -530610 cal / mol

Typer av kemiska reaktioner enligt värme

Kemiska reaktioner kommer att klassificeras i två typer beroende på värmen i dem:

• Exoterma reaktioner
• Endotermiska reaktioner

De exoterma reaktioner är de där ämnena under interaktionen har släppt ut värme. Detta är exempelvis fallet med en stark syra som kommer i kontakt med vatten. Lösningen värms upp. Det förekommer också vid förbränning av kolväten, som släpper ut värme i form av eld, tillsammans med koldioxid CO₂ och vattenånga H₂ELLER.

De endotermiska reaktioner är de i vilka för att börja reagera måste reaktanterna få värme. Det är från en viss värme som produkterna börjar genereras. Detta är exempelvis fallet med genereringen av kväveoxider, för vilka det måste finnas en stor mängd värme i processen för att syre och kväve ska kunna förenas i en förening.

Intern energi i kemiska reaktioner

De inre energi (U, E) för ett ämne är summan av kinetiska och potentiella energier för alla dess partiklar. Denna storlek ingriper i de kemiska reaktionerna i entalpi beräkningar:

AH = AU + PAV

Denna entalpiformel är baserad på termodynamikens första lag, som är skriven:

ΔQ = ΔU - ΔW

Var:

F: värme från ett termodynamiskt system (som kan vara en kemisk reaktion). Det mäts i kalorier per mol, precis som entalpier.

ELLER: Intern energi i det termodynamiska systemet.

W: Mekaniskt arbete för det termodynamiska systemet och beräknas med produkten av trycket och volymförändringen (PAV).

Aktiveringsenergi i kemiska reaktioner

De aktiverings energi är den mängd energi som bestämmer början av kemiska reaktioner, enligt följande:

• Om aktiveringsenergin är för kortkommer reaktionen att vara spontandet vill säga det kommer att börja på egen hand och reagensen kommer att transformeras bara genom att komma i kontakt.
• Om aktiveringsenergin det är lågtmåste du lägga till lite energi i reagensen så att de kan börja interagera.
• Om aktiveringsenergin är högmåste tillräckligt med energi investeras för att reaktionen ska kunna ske.
• Om aktiveringsenergin det är mycket högtmåste vi tillgripa det så kallade katalysatorer, för att göra det mer tillgängligt.

De katalysatorer De är kemiska ämnen som inte deltar i omvandlingen av kemiska reaktioner, men är ansvariga för att påskynda dem, minskande aktiveringsenergi så att reaktanterna börjar bli produkter.

En spontan reaktion är till exempel en som finns i mänsklig metabolism: spontan dekarboxylering av acetoacetat att bli aceton, i vägen för syntes av ketonkroppar. Det behöver inte genomföras enzymer.

Kemisk jämvikt och LeChateliers lag

LeChateliers lag är den som styr jämvikten i kemiska reaktioner, och den säger:

"Varje stimulans som ges till en kemisk reaktion i jämvikt kommer att få den att reagera genom att motverka den, upp till en annan jämviktspunkt"

LeChateliers lag kan beskrivas enligt variablerna tryck, volym och koncentration:

• Huruvida öka trycket till reaktionen kommer den att riktas mot var mindre mol bildas, antingen mot reaktanterna eller mot produkterna.
• Huruvida minska trycket reaktionen kommer den att gå till där fler mol genereras, antingen mot reaktanterna eller mot produkterna.
• Huruvida höja temperaturen till reaktionen kommer den att gå dit var värmen absorberas (endoterm reaktion), antingen på direkt sätt (från reaktanter till produkter) eller på motsatt sätt (från produkter till reaktanter).
• Huruvida sänka temperaturen till reaktionen kommer den att gå till var värmen släpps (exoterm reaktion), antingen på direkt sätt (från reaktanter till produkter) eller på motsatt sätt (från produkter till reaktanter).
• Huruvida ökar koncentrationen av ett reagenskommer reaktionen att riktas till att generera fler produkter.
• Huruvida minskar koncentrationen av en produktkommer reaktionen att riktas för att generera fler reagens.

Faktorer som ändrar hastigheten för en reaktion

De reaktionens hastighet är koncentrationen av reaktanterna (i mol / liter) som konsumeras för varje tidsenhet.

Det finns sex faktorer som påverkar denna hastighet:

• Koncentration
• Tryck
• Temperatur
• Anliggningsyta
• Reagensens natur
• Katalysatorer

De koncentration är mängden reagens för varje volymenhet (mol / liter). Om en mängd tillsätts svarar reaktionen genom att generera produkter snabbare.

De Tryck det påverkar bara om reaktanterna och produkterna är gaser. Reaktionen kommer att svara enligt LeChatelier-lagen.

De temperatur gynnar reaktioner beroende på om de är endotermiska eller exoterma. Om det är endotermiskt kommer en temperaturökning att påskynda reaktionen. Om den är exoterm, kommer en minskning av temperaturen att driva den.

De anliggningsyta Det hjälper reagenspartiklarna att spridas bättre mellan varandra, så att reaktionen accelereras och produkterna nås snabbare.

De reagensens natur, som består av dess molekylära struktur, bestämmer reaktionshastigheten. Till exempel neutraliseras syror som saltsyra (HCl) omedelbart, även aggressivt, av baser som natriumhydroxid (NaOH).

De katalysatorer De är kemiska ämnen som inte är inblandade i reaktionen, men som är ansvariga för att påskynda eller fördröja interaktion mellan reaktanterna. De marknadsförs i en fysisk form som ger ett bra kontaktområde.

Exempel på energi i kemiska reaktioner

Förbränningsvärmen för olika kemikalier visas nedan:

Metan: CH₄ + 2O₂ -> CO₂ + 2H₂ELLER

ΔH = -212800 cal / mol (avger värme, det är exotermiskt)

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

ΔH = -372820 cal / mol (avger värme, den är exoterm)

Propan: C₃H₈ + 5O₂ -> 3CO₂ + 4H₂ELLER

ΔH = -530600 cal / mol (avger värme, det är exotermiskt)

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

ΔH = -687980 cal / mol (avger värme, det är exotermiskt)

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

ΔH = -845160 cal / mol (avger värme, den är exoterm)

Etylen: C₂H₄ + 3O₂ -> 2CO₂ + 2H₂ELLER

ΔH = -337230 cal / mol (avger värme, det är exotermiskt)

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

ΔH = -310620 cal / mol (avger värme, det är exotermiskt)

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

ΔH = -787200 cal / mol (avger värme, är exoterm)

Toluen: C₇H₈ + 9O₂ -> 7CO₂ + 4H₂ELLER

ΔH = -934500 cal / mol (avger värme, den är exoterm)

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

ΔH = -326700 cal / mol (avger värme, den är exoterm)