Экзотермическая реакция
В термохимии экзотермическая реакция — это «реакция, для которой общее стандартное изменение энтальпии Δ H ⚬ отрицательно». [1] [2] Экзотермические реакции обычно выделяют тепло . Этот термин часто путают с экзергонической реакцией , которую ИЮПАК определяет как «... реакцию, для которой общее стандартное изменение энергии Гиббса Δ G ⚬ отрицательно». [2] Сильно экзотермическая реакция обычно также будет экзергонической, поскольку Δ H ⚬ вносит основной вклад в Δ G ⚬ . Большинство впечатляющих химических реакций, демонстрируемых в классах, являются экзотермическими и экзергоническими. Противоположной является эндотермическая реакция , которая обычно поглощает тепло и вызывается увеличением энтропии в системе.
Примеры
Примеры многочисленны: горение , термитная реакция , соединение сильных кислот и оснований, полимеризация . Например, в повседневной жизни грелки для рук используют окисление железа для достижения экзотермической реакции:
- 4Fe + 3O 2 → 2Fe 2 O 3 Δ H ⚬ = - 1648 кДж/моль
Особенно важным классом экзотермических реакций является сжигание углеводородного топлива, например сжигание природного газа:
- CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O Δ H ⚬ = - 890 кДж/моль
Реакции этих образцов сильно экзотермичны.
Неконтролируемые экзотермические реакции, приводящие к пожарам и взрывам , расточительны, поскольку трудно уловить высвободившуюся энергию. Природа осуществляет реакции горения в строго контролируемых условиях, избегая пожаров и взрывов, при аэробном дыхании , чтобы улавливать высвобождаемую энергию, например, для образования АТФ .
Измерение
Энтальпия . химической системы — это, по сути, ее энергия Изменение энтальпии реакции Δ H равно теплу q, передаваемому из (или в) замкнутой системы при постоянном давлении без поступления или вывода электрической энергии. Выделение или поглощение тепла в химической реакции измеряется с помощью калориметрии , например, с помощью бомбового калориметра . Одним из распространенных лабораторных приборов является реакционный калориметр , с помощью которого контролируется тепловой поток из реакционного сосуда или в него. Выделение тепла и соответствующее изменение энергии Δ H реакции горения можно измерить особенно точно.
Измеренная тепловая энергия, выделяющаяся в экзотермической реакции, преобразуется в Δ H ⚬ в Джоулях на моль (ранее кал/моль ). Стандартное стехиометрические изменение энтальпии Δ H ⚬ по существу представляет собой изменение энтальпии, когда коэффициенты реакции рассматриваются как количества реагентов и продуктов (в молях); обычно начальная и конечная температура принимается равной 25 °C. Для газофазных реакций значения Δ H ⚬ связаны с энергиями связи с хорошим приближением следующим образом:
- Δ H ⚬ = общая энергия связи реагентов − общая энергия связи продуктов
В экзотермической реакции по определению изменение энтальпии имеет отрицательное значение:
- Δ H = H продукты - H реагенты < 0
где большее значение (более высокая энергия реагентов) вычитается из меньшего значения (более низкая энергия продуктов). Например, при горении водорода:
- 2H 2 (г) + O 2 (г) → 2H 2 O (г)
- Δ H ⚬ = −483,6 кДж/моль [3]
См. также
- Химическая термодинамика
- Дифференциальная сканирующая калориметрия
- Эндергонический
- Экзергонический
- Эндергоническая реакция
- Экзергоническая реакция
- Экзотермический процесс
- Эндотермическая реакция
- Эндотерма
Ссылки
- ^ «Экзотермическая реакция» . Сборник химической терминологии ИЮПАК . ИЮПАК. 2014. doi : 10.1351/goldbook.E02269 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Лейдлер, К.Дж. (1996). «Глоссарий терминов, используемых в химической кинетике, включая динамику реакций (Рекомендации ИЮПАК, 1996 г.)» . Чистая и прикладная химия . 68 : 149–192. дои : 10.1351/pac199668010149 . S2CID 98267946 .
- ^ «Энтальпия (глава 5)» . Архивировано из оригинала 8 июля 2013 г. Проверено 20 июля 2013 г.
