ความร้อนของปฏิกิริยาคืออะไร? - เคมี - 2026

ความร้อนของปฏิกิริยาหรือเอนทัลปีของการเกิดปฏิกิริยา (ΔH) คือการเปลี่ยนแปลงในเอนทัลปีของปฏิกิริยาทางเคมีที่เกิดขึ้นที่ความดันอย่างต่อเนื่อง เป็นหน่วยวัดทางอุณหพลศาสตร์ที่มีประโยชน์ในการคำนวณปริมาณพลังงานต่อโมลที่ถูกปล่อยออกมาหรือเกิดขึ้นในปฏิกิริยา

เนื่องจากเอนทัลปีได้มาจากความดันปริมาตรและพลังงานภายในซึ่งทั้งหมดนี้เป็นฟังก์ชันของสถานะเอนทาลปีจึงเป็นฟังก์ชันสถานะเช่นกัน

ΔHหรือการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีเกิดขึ้นเป็นหน่วยการวัดที่มีวัตถุประสงค์เพื่อคำนวณการเปลี่ยนแปลงพลังงานของระบบเมื่อหาค่าΔUยากเกินไปหรือการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของระบบพร้อมกันวัดปริมาณความร้อนและการทำงาน สบตา

เมื่อพิจารณาถึงความดันคงที่การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีจะเท่ากับความร้อนและสามารถวัดได้เป็นΔH = q

สัญกรณ์ΔHºหรือΔHº _rจึงเกิดขึ้นเพื่ออธิบายอุณหภูมิและความดันที่แม่นยำของความร้อนของปฏิกิริยาΔH

เอนทาลปีมาตรฐานของปฏิกิริยาเป็นสัญลักษณ์โดยΔHºหรือΔHºrxnและสามารถสมมติได้ทั้งค่าบวกและค่าลบ หน่วยของΔHºคือกิโลจูลต่อโมลหรือ kj / โมล

แนวคิดก่อนหน้าเพื่อทำความเข้าใจความร้อนของปฏิกิริยา: ความแตกต่างระหว่างΔHและΔHº

Δ = แสดงถึงการเปลี่ยนแปลงของเอนทัลปี (เอนทัลปีของผลิตภัณฑ์ลบเอนทาลปีของสารตั้งต้น)

ค่าบวกแสดงว่าผลิตภัณฑ์มีเอนทาลปีสูงกว่าหรือเป็นปฏิกิริยาดูดความร้อน (ต้องใช้ความร้อน)

ค่าลบแสดงว่าสารตั้งต้นมีเอนทาลปีสูงกว่าหรือเป็นปฏิกิริยาคายความร้อน (เกิดความร้อน)

º = หมายความว่าปฏิกิริยาเป็นการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีมาตรฐานและเกิดขึ้นที่ความดัน / อุณหภูมิที่กำหนดไว้ล่วงหน้า

r = แสดงว่าการเปลี่ยนแปลงนี้เป็นเอนทัลปีของปฏิกิริยา

สถานะมาตรฐาน: สถานะมาตรฐานของของแข็งหรือของเหลวคือสารบริสุทธิ์ที่ความดัน 1 บาร์หรืออะไรคือ 1 บรรยากาศ (105 Pa) และอุณหภูมิ 25 ° C หรือ 298 K เท่ากัน .

ΔHº _rคือความร้อนมาตรฐานของปฏิกิริยาหรือเอนทาลปีมาตรฐานของปฏิกิริยาและเช่นเดียวกับΔHมันยังวัดเอนทาลปีของปฏิกิริยาด้วย อย่างไรก็ตามΔHºrxnเกิดขึ้นภายใต้เงื่อนไข "มาตรฐาน" ซึ่งหมายความว่าปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นที่ 25 ° C และ 1 atm

ประโยชน์ของการวัดΔHภายใต้เงื่อนไขมาตรฐานคือความสามารถในการเชื่อมโยงค่าΔHºหนึ่งกับค่าอื่นเนื่องจากค่าเหล่านี้เกิดขึ้นภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน

ความร้อนของการก่อตัว

ความร้อนมาตรฐานของการก่อตัวคือΔH _f ºของสารเคมีคือปริมาณความร้อนที่ดูดซับหรือปล่อยออกมาจากการก่อตัวของสารเคมี 1 โมลที่ 25 องศาเซลเซียสและ 1 บาร์ขององค์ประกอบในสถานะมาตรฐาน

องค์ประกอบจะอยู่ในสถานะมาตรฐานหากอยู่ในรูปที่เสถียรที่สุดและสถานะทางกายภาพ (ของแข็งของเหลวหรือก๊าซ) ที่ 25 องศาเซลเซียสและ 1 บาร์

ตัวอย่างเช่นความร้อนมาตรฐานของการก่อตัวของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เกี่ยวข้องกับออกซิเจนและคาร์บอนเป็นสารตั้งต้น

ออกซิเจนมีความเสถียรมากกว่าในฐานะโมเลกุลของก๊าซ O ₂ในขณะที่คาร์บอนมีความเสถียรมากกว่ากราไฟท์ที่เป็นของแข็ง (กราไฟท์มีความเสถียรมากกว่าเพชรภายใต้เงื่อนไขมาตรฐาน)

เพื่อแสดงคำจำกัดความอีกวิธีหนึ่งความร้อนมาตรฐานของการก่อตัวเป็นความร้อนมาตรฐานชนิดพิเศษของปฏิกิริยา

ปฏิกิริยาคือการก่อตัวของสารเคมี 1 โมลจากองค์ประกอบในสถานะมาตรฐานภายใต้สภาวะมาตรฐาน

ความร้อนมาตรฐานของการก่อตัวเรียกอีกอย่างว่าเอนทัลปีมาตรฐานของการก่อตัว (แม้ว่าจะเป็นการเปลี่ยนแปลงเอนทัลปีก็ตาม)

ตามคำจำกัดความการก่อตัวขององค์ประกอบของตัวมันเองจะไม่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในเอนทาลปีดังนั้นความร้อนมาตรฐานของปฏิกิริยาสำหรับองค์ประกอบทั้งหมดจึงเป็นศูนย์ (Cai, 2014)

การคำนวณเอนทาลปีของปฏิกิริยา

1- การคำนวณเชิงทดลอง

สามารถวัดเอนทัลปีได้โดยใช้เครื่องวัดความร้อน แคลอริมิเตอร์เป็นเครื่องมือที่ตัวอย่างทำปฏิกิริยาผ่านสายไฟฟ้าที่ให้พลังงานกระตุ้น ตัวอย่างอยู่ในภาชนะที่ล้อมรอบด้วยน้ำซึ่งมีการกวนอยู่ตลอดเวลา

โดยการวัดด้วยการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่เกิดขึ้นเมื่อตัวอย่างทำปฏิกิริยาและทราบถึงความร้อนจำเพาะของน้ำและมวลความร้อนที่ปล่อยออกมาหรือดูดซึมโดยปฏิกิริยาจะคำนวณโดยใช้สมการ q = Cesp xmx ΔT

ในสมการนี้ q คือความร้อน Cesp คือความร้อนจำเพาะในกรณีของน้ำซึ่งเท่ากับ 1 แคลอรี่ต่อกรัม m คือมวลของน้ำและΔTคือการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ

แคลอริมิเตอร์เป็นระบบแยกที่มีความดันคงที่ดังนั้นΔH _r = q

2- การคำนวณทางทฤษฎี

การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีไม่ได้ขึ้นอยู่กับวิถีทางเฉพาะของปฏิกิริยา แต่ขึ้นอยู่กับระดับพลังงานทั่วโลกของผลิตภัณฑ์และสารตั้งต้นเท่านั้น เอนทัลปีเป็นฟังก์ชันของสถานะดังนั้นจึงเป็นส่วนเสริม

ในการคำนวณเอนทาลปีมาตรฐานของปฏิกิริยาเราสามารถเพิ่มเอนทาลปีมาตรฐานของการก่อตัวของสารตั้งต้นและลบออกจากผลรวมของเอนทาลปีมาตรฐานของการก่อตัวของผลิตภัณฑ์ (Boundless, SF) ระบุในทางคณิตศาสตร์สิ่งนี้ทำให้เรา:

.DELTA.H _r ° = Σ .DELTA.H _f ° (ผลิตภัณฑ์) - Σ .DELTA.H _f ° (สารตั้งต้น)

เอนทัลปีของปฏิกิริยามักคำนวณจากเอนทาลปีของการสร้างสารตั้งต้นภายใต้สภาวะปกติ (ความดัน 1 บาร์และอุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส)

เพื่ออธิบายหลักการของอุณหพลศาสตร์นี้เราจะคำนวณเอนทาลปีของปฏิกิริยาสำหรับการเผาไหม้ของมีเธน (CH ₄ ) ตามสูตร:

CH ₄ (g) + 2O ₂ (g) → CO ₂ (g) + 2H ₂ O (g)

ในการคำนวณเอนทาลปีมาตรฐานของปฏิกิริยาเราจำเป็นต้องหาเอนทาลปีมาตรฐานของการก่อตัวสำหรับสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์แต่ละชนิดที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยา

สิ่งเหล่านี้มักพบในภาคผนวกหรือในตารางออนไลน์ต่างๆ สำหรับปฏิกิริยานี้ข้อมูลที่เราต้องการคือ:

H _f ° CH ₄ (g) = -75 kjoul / mol

H _f º O ₂ (g) = 0 kjoul / mol

H _f ° CO ₂ (g) = -394 kjoul / mol

H _f º H ₂ O (g) = -284 kjoul / mol

โปรดทราบว่าเนื่องจากอยู่ในสถานะมาตรฐานเอนทัลปีมาตรฐานของการก่อตัวของก๊าซออกซิเจนคือ 0 kJ / mol

ด้านล่างนี้เราสรุปเอนทาลปีมาตรฐานของเรา โปรดทราบว่าเนื่องจากหน่วยเป็น kJ / mol เราจึงต้องคูณด้วยสัมประสิทธิ์สโตอิชิโอเมตริกในสมการปฏิกิริยาสมดุล (Leaf Group Ltd, SF)

.DELTA.H Σ _f ° (ผลิตภัณฑ์). DELTA.H = _f º CO ₂ +2 .DELTA.H _f º H ₂ O

ΣΔH _f º (ผลิตภัณฑ์) = -1 (394 kjoul / mol) -2 (284 kjoul / mol) = -962 kjoul / mol

.DELTA.H Σ _f ° (สารตั้งต้น). DELTA.H = _f º CH ₄ + AH _f º O ₂

ΣΔH _f º (สารตั้งต้น) = -75 kjoul / mol + 2 (0 kjoul / mol) = -75 kjoul / mol

ตอนนี้เราสามารถหาเอนทัลปีมาตรฐานของปฏิกิริยาได้:

ΔH _r ° = ΣΔH _f º (ผลิตภัณฑ์) - ΣΔH _f º (สารตั้งต้น) = (- 962) - (- 75) =

ΔH _r ° = - 887kJ / mol

อ้างอิง

1. Anne Marie Helmenstine (2557, 11 มิถุนายน). เอนทัลปีของนิยามปฏิกิริยา กู้คืนจาก thoughtco: thoughtco.com.
2. (SF) เอนทัลปีมาตรฐานของปฏิกิริยา กู้คืนจากไร้ขอบเขต: boundless.com.
3. Cai, E. (2014, 11 มีนาคม). ความร้อนมาตรฐานของการก่อตัว สืบค้นจาก chemicalstatistician: chemicalstatistician.wordpress.com.
4. Clark, J. (2013, May). นิยามการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีต่างๆ กู้คืนจาก chemguide.co.uk: chemguide.co.uk.
5. Jonathan Nguyen, GL (2017, 9 กุมภาพันธ์) เอนทัลปีมาตรฐานของการก่อตัว สืบค้นจาก chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.
6. Leaf Group Ltd. (SF). วิธีการคำนวณเอนทัลปีของปฏิกิริยา กู้คืนจาก sciencing: sciencing.com.
7. Rachel Martin, EY (2014, 7 พฤษภาคม) ความร้อนของปฏิกิริยา สืบค้นจาก chem.libretexts.org: chem.libretexts.org.