Como calcular o entalpio de uma reação química

Durante qualquer reação química, o calor pode ser levado a partir do ambiente ou liberado nele. A troca de calor entre uma reação química e seu ambiente é conhecida como a entalpia da reação, ou H. No entanto, H não pode ser medido diretamente - em vez disso, os cientistas usam o mudança na temperatura de uma reação ao longo do tempo para encontrar o mudança em entalpia ao longo do tempo (denotado como ΔH). Com Δh, um cientista pode determinar se uma reação dá calor (ou "é exotérmica") ou toma calor (ou "é endotérmico"). Em geral, ΔH = M X S x Δt, onde m é a massa dos reagentes, S é o calor específico do produto, e Δt é a mudança de temperatura da reação.

Passos

Método 1 de 3:
Resolvendo problemas de entalpia
  1. Calcule o entalpio de uma etapa de reação química 1
1. Determine os produtos e reagentes de sua reação. Qualquer reação química envolve duas categorias de produtos químicos - produtos e reagentes. Produtos são os produtos químicos criada pela reação, enquanto os reagentes são os produtos químicos que Interaja, combine ou divida Para fazer o produto. Em outras palavras, os reagentes de uma reação são como os ingredientes em uma receita, enquanto os produtos são como o prato acabado. Para encontrar Δh para uma reação, primeiro identifique seus produtos e reagentes.
  • Como exemplo, digamos que queremos encontrar o entalpio de reação para a formação de água de hidrogênio e oxigênio: 2h2 (Hidrogênio) + o2 (Oxigênio) → 2H2O (água). Nesta equação, H2 e O2 são os reagentes e H2O é o produto.
  • Calcule o entalpy de uma reação química Etapa 2
    2. Determinar a massa total dos reagentes. Em seguida, encontre as massas de seus reagentes. Se você não conhece suas massas e não é capaz de pesar os reagentes em um equilíbrio científico, você pode usar suas massas molares para encontrar suas massas reais. Massas molares são constantes que podem ser encontradas em tabelas periódicas padrão (para elementos individuais) e em outros recursos de química (para moléculas e compostos). Simplesmente multiplique a massa molar de cada reagente pelo número de moles usadas para encontrar massas de reagentes.
  • Em nosso exemplo de água, nossos reagentes são gases de hidrogênio e oxigênio, que têm massas molares de 2G e 32 g, respectivamente. Desde que usamos 2 moles de hidrogênio (significada pelo "2" coeficiente na equação ao lado de H2) e 1 mole de oxigênio (significada por nenhum coeficiente ao lado de2), podemos calcular a massa total dos reagentes da seguinte forma:
    2 × (2g) + 1 × (32g) = 4G + 32G = 36G
  • Calcule a entalpia de uma etapa de reação química 3
    3. Encontre o calor específico do seu produto. Em seguida, encontre o calor específico do produto que você está analisando. Cada elemento ou molécula tem um valor de calor específico associado a ele: esses valores são constantes e geralmente estão localizados em recursos de química (como, por exemplo, em tabelas na parte de trás de um livro de química). Existem várias maneiras diferentes de medir o calor específico, mas para nossa fórmula, vamos usar o valor medido nas unidades Joule / Gram C.
  • Observe que, se sua equação tiver vários produtos, você precisará executar o cálculo de entalpia para a reação do componente usado para produzir cada produto, depois adicioná-los para encontrar a entalpia para toda a reação.
  • Em nosso exemplo, o produto final é a água, que tem um calor específico de cerca de 4.2 Joule / Gram ° C.
  • Calcule a entalpia de uma etapa de reação química 4
    4. Encontre a diferença de temperatura após a reação. Em seguida, encontraremos Δt, a mudança de temperatura antes da reação após a reação. Subtraia a temperatura inicial (ou T1) da reação da temperatura final (ou T2) para calcular esse valor. Como na maioria dos trabalhos de química, as temperaturas de Kelvin (K) devem ser usadas aqui (embora Celsius (C) dê os mesmos resultados).
  • Para o nosso exemplo, digamos que nossa reação foi de 185k em seu início, mas se esfriaram para 95k no momento em que terminou. Neste caso, Δt seria calculado da seguinte forma:
    Δt = T2 - T1 = 95K - 185K = -90k
  • Calcular o entalpy de uma etapa de reação química 5
    5. Use a fórmula ΔH = M X S x Δt para resolver. Depois de ter m, a massa de seus reagentes, s, o calor específico do seu produto, e Δt, a mudança de temperatura da sua reação, você está preparado para encontrar o entalpio de reação. Basta conectar seus valores na fórmula ΔH = M X S x Δt e multiplicar para resolver. Sua resposta será na unidade de energia Joules (J).
  • Para o nosso problema de exemplo, encontraríamos o entalpio da reação da seguinte forma:
    Δh = (36g) × (4.2 JK-1 G-1) × (-90k) =-13.608 J
  • Calcule o entalpy de uma etapa de reação química 6
    6. Determinar se sua reação ganha ou perde energia. Uma das razões mais comuns que ΔH é calculada para várias reações é determinar se a reação é exotérmica (perde energia e dá calor) ou endotérmica (ganhos de energia e absorvem calor). Se o sinal da sua resposta final para ΔH é positivo, a reação é endotérmica. Por outro lado, se o sinal for negativo, a reação é exotérmica. Quanto maior o número em si, mais exo ou endotérmica a reação é. Cuidado com reações fortemente exotérmicas - algumas vezes podem significar uma grande liberação de energia, que, se rápida o suficiente, pode causar uma explosão.
  • Em nosso exemplo, nossa resposta final é -13608 j. Como o sinal é negativo, sabemos que nossa reação é exotérmica. Isso faz sentido - h2 e O2 são gases, enquanto H2O produto, é um líquido. Os gases quentes (na forma de vapor) têm que liberar energia para o ambiente sob a forma de calor para esfriar ao ponto que podem formar água líquida, o que significa que a formação de H2O é exotérmico.
    • Método 2 de 3:
    Estimando entalpy
    1. Calcular a entalpia de uma etapa de reação química 7
    1. Use as energias de ligação para estimar entalpy. Quase todas as reações químicas envolvem formar ou quebrar títulos entre os átomos. Como, em uma reação química, a energia pode não ser destruída nem criada, se soubermos que a energia necessária para formar ou quebrar os laços sendo feitos (ou quebrados) na reação, podemos estimar a mudança de entalpia para toda a reação com alta precisão com alta precisão Ao adicionar essas energias de obrigações.


    • Por exemplo, vamos considerar a reação H2 + F2 → 2hf. Neste caso, a energia necessária para quebrar os átomos H no H2 Molécula Apart é 436 kJ / mol, enquanto a energia necessária para f2 é 158 kJ / mol. Finalmente, a energia necessária para formar HFROM H e F é = -568 kJ / mol. Nós multiplicamos isso por 2 porque o produto na equação é 2HF, dando-nos 2 × -568 = -1136 KJ / MOL. Adicionando tudo isso, recebemos:
      436 + 158 + -1136 = -542 kJ / mol.
  • Calcule o entalpy de uma reação química Etapa 8
    2. Use entusiasmo de formação para estimar entalpia. Entusiastas de formação são definidos ΔH valores que representam as mudanças de entalpias das reações usadas para criar produtos químicos dados. Se você conhece os entusiasmos de formação necessários para criar produtos e reagentes em uma equação, você pode adicioná-los para estimar a entalpia muito como você faria com as energias de obrigações descritas acima.
  • Por exemplo, vamos considerar a reação c2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3h2O. Neste caso, conhecemos os entusiasmo de formação para as seguintes reações:
    C2H5OH → 2C + 3H2 + 0.5o2 = 228 kJ / mol
    2c + 2o2 → 2CO2 = -394 × 2 = -788 KJ / MOL
    3h2 + 1.5 O2 → 3h2O = -286 × 3 = -858 KJ / MOL
    Desde que podemos adicionar essas equações até GetC2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3h2O, a reação que estamos tentando encontrar o entalpio, podemos simplesmente somar os entusiasmo das reações de formação acima para encontrar o entalpio dessa reação da seguinte forma:
    228 + -788 + -858 = -1418 KJ / MOL.
  • Calcule a entalpia de uma etapa de reação química 9
    3. Não esqueça de alternar sinais ao inverter as equações. É importante notar que, quando você usa entusiasmo de formação para calcular a entalpia de uma reação, você precisa reverter o sinal da entalpia de formação em que você reverter a equação da reação componente. Em outras palavras, se você tiver que transformar uma ou mais de suas equações de reação de formação para trás, a fim de obter todos os seus produtos e reagentes para cancelar corretamente, reverter o sinal sobre os entusiasmo das reações de formação que você tinha que virar.
  • No exemplo acima, observe que a reação de formação que usamos para c2H5Oh está para trás. C2H5OH → 2C + 3H2 + 0.5o2 mostra C2H5Oh quebrando, não sendo formado. Porque nós transformamos a equação a fim de obter todos os produtos e reagentes para cancelar adequadamente, revertemos o sinal sobre a entalpia de formação para nos dar 228 kJ / mol. Na realidade, a entalpia de formação por c2H5Oh é -228 kj / mol.
    • Método 3 de 3:
    Observando mudanças de entalpias experimentalmente
    1. Calcular o entalpy de uma etapa de reação química 10
    1. Pegue um recipiente limpo e preencha-o com água. É fácil ver os princípios de entalpia em ação com um simples experimento. Para se certificar de que a reação em seu experimento ocorrerá sem qualquer contaminação estrangeira, limpar e esterilizar o recipiente que você planeja usar. Os cientistas usam recipientes fechados especiais chamados de calorímetros para medir a entalpia, mas você pode obter resultados razoáveis ​​com qualquer frasco de vidro pequeno ou frasco. Independentemente do recipiente que você usa, preencha-o com água limpa e temperatura de temperatura. Você também vai querer conduzir a reação em algum lugar dentro de casa com uma temperatura fria.
    • Para este experimento, você vai querer um recipiente razoavelmente pequeno. Vamos testar os efeitos de alteração de entalpia de Alka-Seltzer na água, então a menos água usada, mais óbvia a mudança de temperatura será.
  • Calcular a entalpia de uma etapa de reação química 11
    2. Insira um termômetro no recipiente. Pegue um termômetro e coloque-o no recipiente para que a extremidade da leitura de temperatura esteja abaixo do nível da água. Tire uma leitura de temperatura da água - para os nossos propósitos, a temperatura da água representará T1, a temperatura inicial da reação.
  • Digamos que medimos a temperatura da água e descobrimos que são exatamente 10 graus C. Em alguns passos, usaremos esta leitura de temperatura de amostra para demonstrar os diretores de entalpia.
  • Calcule o entalpy de uma reação química Etapa 12
    3. Adicione um tablet Alka-Seltzer ao recipiente. Quando você estiver pronto para começar o experimento, solte um único tablet Alka-Seltzer na água. Você deve perceber imediatamente começar a bolha e fizz. Como o comprimido se dissolve na água, ele se divide no bicarbonato de produtos químicos (HCO3) e ácido cítrico (que reage na forma de íons de hidrogênio, h). Estes produtos químicos reagem a formar água e gás de dióxido de carbono na reação 3HCO3 + 3h → 3h2O + 3CO2.
  • Calcule o entalpy de uma reação química Etapa 13
    4. Medir a temperatura quando a reação terminar. Monitore a reação à medida que prossegue - o tablet Alka-Seltzer deve gradualmente dissolver. Assim que o comprimido terminar sua reação (ou parece ter desacerado a um rastreamento), meça a temperatura novamente. A água deve ser ligeiramente mais fria do que antes. Se é mais quente, o experimento pode ter sido afetado por uma força externa (como, por exemplo, se a sala em que você estiver é especialmente quente).
  • Para o nosso experimento de exemplo, digamos que a temperatura da água seja de 8 graus C após o tablet ter terminado fizzing.
  • Calcular o entalpy de uma etapa de reação química 14
    5. Estimar a entalpia da reação. Em um experimento ideal, quando você adiciona o tablet Alka-Seltzer à água, forma a água e o gás de dióxido de carbono (o último do qual pode ser observado como bolhas fizzas) e faz com que a temperatura da água caia. Dessas informações, esperamos que a reação seja endotérmica - isto é, que absorva energia do ambiente circundante. Os reagentes líquidos dissolvidos precisam de energia extra para fazer o salto para o produto gasoso, por isso é preciso energia sob a forma de calor a partir de seus arredores (neste caso, água). Isso faz a queda da temperatura da água.
  • Em nosso experimento de exemplo, a temperatura da água caiu dois graus depois de adicionar o Alka-Seltzer. Isso é consistente com o tipo de reação levemente endotérmica que esperaria.

    • Pontas

    Esses cálculos são feitos usando Kelvin (K) - uma escala para medição de temperatura como centígrada. Para converter entre o centígrado e o Kelvin, você simplesmente adiciona ou subtraia 273 graus: k = ° C + 273.
    Compartilhe na rede social:
    Semelhante