반응열 이나 반응 (ΔH)의 엔탈피는 일정 압력에서 발생하는 화학 반응의 엔탈피 변화이다. 반응에서 방출되거나 생성되는 몰당 에너지 양을 계산하는 데 유용한 열역학적 측정 단위입니다.
엔탈피는 압력, 부피 및 내부 에너지에서 파생되며 모두 상태 함수이므로 엔탈피도 상태 함수입니다.
ΔH 또는 엔탈피 변화는 ΔU를 찾기가 너무 어려워 졌을 때 시스템의 에너지 변화를 계산하기위한 측정 단위로 등장했습니다. 교환.
일정한 압력이 주어지면 엔탈피 변화는 열과 같으며 ΔH = q로 측정 할 수 있습니다.
ΔHº 또는 ΔHº r 표기 는 반응열 ΔH의 정확한 온도와 압력을 설명하기 위해 발생합니다.
반응의 표준 엔탈피는 ΔHº 또는 ΔHºrxn으로 표시되며 양수와 음수 값을 모두 가정 할 수 있습니다. ΔHº의 단위는 몰당 킬로 줄 또는 kj / 몰입니다.
반응열을 이해하기위한 이전 개념 : ΔH와 ΔHº의 차이
Δ = 엔탈피의 변화를 나타냅니다 (생성물의 엔탈피에서 반응물의 엔탈피를 뺀 값).
양수 값은 제품의 엔탈피가 더 높거나 흡열 반응임을 나타냅니다 (열이 필요함).
음수 값은 반응물의 엔탈피가 더 높거나 발열 반응 (열 생성)을 나타냅니다.
º = 반응이 표준 엔탈피 변화이며 사전 설정된 압력 / 온도에서 발생 함을 의미합니다.
r =이 변화가 반응의 엔탈피임을 나타냅니다.
표준 상태 : 고체 또는 액체의 표준 상태는 압력 1bar 또는 동일한 1 기압 (105Pa) 및 온도 25 ° C 또는 동일한 298K의 순수한 물질입니다. .
ΔHº r 은 반응의 표준 열 또는 반응의 표준 엔탈피이며 ΔH와 마찬가지로 반응의 엔탈피도 측정합니다. 그러나 ΔHºrxn은 "표준"조건에서 발생하며 이는 반응이 25 ° C 및 1 atm에서 발생 함을 의미합니다.
표준 조건에서 ΔH 측정의 이점은 동일한 조건에서 발생하기 때문에 하나의 ΔHº 값을 다른 값에 연결할 수 있다는 것입니다.
형성 열
화학 물질 의 표준 형성 열 ΔH f º는 섭씨 25도에서 해당 화학 물질의 1 몰과 표준 상태의 원소 1bar에서 흡수되거나 방출되는 열의 양입니다.
요소가 가장 안정된 형태이고 섭씨 25도 및 1bar에서 물리적 상태 (고체, 액체 또는 기체)이면 표준 상태입니다.
예를 들어, 이산화탄소의 표준 형성 열은 반응물로 산소와 탄소를 포함합니다.
산소는 O 2 가스 분자 보다 더 안정적이며 탄소는 고체 흑연보다 더 안정적입니다. (흑연은 표준 조건에서 다이아몬드보다 안정적입니다).
정의를 다른 방식으로 표현하기 위해 표준 형성 열은 특수한 유형의 표준 반응열입니다.
반응은 표준 조건에서 표준 상태의 원소로부터 1 몰의 화학 물질이 형성되는 것입니다.
표준 형성 열은 표준 형성 엔탈피라고도합니다 (실제로 엔탈피의 변화 임에도 불구하고).
정의에 따라 요소 자체의 형성은 엔탈피의 변화를 일으키지 않으므로 모든 요소에 대한 표준 반응 열은 0입니다 (Cai, 2014).
반응 엔탈피 계산
1- 실험적 계산
엔탈피는 열량계를 사용하여 실험적으로 측정 할 수 있습니다. 열량계는 활성화 에너지를 제공하는 전기 케이블을 통해 시료가 반응하는 기기입니다. 샘플은 지속적으로 교반되는 물로 둘러싸인 용기에 있습니다.
시료가 반응 할 때 발생하는 온도 변화로 측정하고 물의 비열과 질량을 알면 반응에 의해 방출되거나 흡수되는 열이 방정식 q = Cesp xmx ΔT를 사용하여 계산됩니다.
이 방정식에서 q는 열이고 Cesp는이 경우 물의 비열로 그램 당 1 칼로리, m은 물의 질량, ΔT는 온도 변화입니다.
열량계는 일정한 압력을 갖는 격리 된 시스템이므로 ΔH r = q
2- 이론적 계산
엔탈피 변화는 반응의 특정 경로에 의존하지 않고 생성물과 반응물의 글로벌 에너지 수준에만 의존합니다. 엔탈피는 상태의 함수이므로 가산 적입니다.
반응의 표준 엔탈피를 계산하기 위해 반응물 형성의 표준 엔탈피를 더하고 생성물 형성의 표준 엔탈피의 합 (Boundless, SF)에서 뺄 수 있습니다. 수학적으로 설명하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다.
.DELTA.H r ° = Σ .DELTA.H f ° (제품)-Σ .DELTA.H f ° (반응물).
반응 엔탈피는 일반적으로 정상 조건 (압력 1bar 및 온도 25 ° C)에서 반응물 형성의 엔탈피에서 계산됩니다.
이 열역학 원리를 설명하기 위해 다음 공식에 따라 메탄 (CH 4 ) 연소 반응 엔탈피를 계산합니다 .
CH 4 (g) + 2O 2 (g) → CO 2 (g) + 2H 2 O (g)
반응의 표준 엔탈피를 계산하려면 반응에 포함 된 각 반응물과 생성물에 대한 표준 형성 엔탈피를 찾아야합니다.
일반적으로 부록이나 다양한 온라인 표에서 찾을 수 있습니다. 이 반응을 위해 필요한 데이터는 다음과 같습니다.
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.
표준 상태이기 때문에 산소 가스의 표준 형성 엔탈피는 0kJ / mol입니다.
아래에서는 표준 형성 엔탈피를 요약합니다. 단위가 kJ / mol이기 때문에 균형 반응 방정식 (Leaf Group Ltd, SF)의 화학 양론 계수를 곱해야합니다.
.DELTA.H Σ f ° (제품) .DELTA.H = f º CO 2 +2 .DELTA.H f º H 2 O
Σ ΔH f º (제품) = -1 (394 kjoul / mol) -2 (284 kjoul / mol) = -962 kjoul / mol
.DELTA.H Σ f ° (반응물) .DELTA.H = f º CH 4 + AH f º O 2
Σ ΔH f º (반응물) = -75 kjoul / mol + 2 (0 kjoul / mol) = -75 kjoul / mol
이제 반응의 표준 엔탈피를 찾을 수 있습니다.
ΔH r ° = Σ ΔH f º (제품)-Σ ΔH f º (반응물) = (-962)-(-75) =
ΔH r ° = -887kJ / mol.
참고 문헌
- Anne Marie Helmenstine. (2014 년 6 월 11 일). 반응 정의의 엔탈피. thoughtco에서 복구 : thoughtco.com.
- (SF). 반응의 표준 엔탈피. boundless에서 회복됨 : boundless.com.
- Cai, E. (2014, 3 월 11 일). 표준 형성 열. chemicalstatistician에서 회수 : chemicalstatistician.wordpress.com.
- Clark, J. (2013, 5 월). 다양한 엔탈피 변경 정의. chemguide.co.uk에서 회수 : chemguide.co.uk.
- Jonathan Nguyen, GL (2017, 2 월 9 일). 표준 형성 엔탈피. chem.libretexts.org : chem.libretexts.org에서 복구 됨.
- Leaf Group Ltd. (SF). 반응 엔탈피를 계산하는 방법. sciencing에서 복구 : sciencing.com.
- 레이첼 마틴, EY (2014, 5 월 7 일). 반응의 열. chem.libretexts.org : chem.libretexts.org에서 복구 됨.