Тепловые изменения, сопровождающие химические изменения, и закон Гесса о постоянном суммировании тепла

Есть много форм тепловых изменений, сопровождающих химические реакции, такие как Стандартная теплота сгорания и Стандартная теплота образования. Горение — это быстрая комбинация между веществом и кислородом .

Стандарт Теплота сгорания ΔH ° _c

Полное сгорание некоторых элементов и соединений производит большое количество энергии в виде тепла или света, или их обоих. Выделяемая энергия известна как теплота сгорания ΔH _c .

Теплота сгорания ΔH _c — это количество тепла, выделяющееся (выделяемое) при полном сгорании одного моля вещества в избыточном количестве кислорода. Если сгорание происходит в стандартных условиях, это называется стандартной теплотой сгорания ΔH ° _c .

Стандартная теплота сгорания ΔH ° _c — это количество тепла, выделяющееся при полном сгорании одного моля вещества в избыточном количестве кислорода при стандартных условиях.

При сжигании органических веществ (таких как топливо и глюкоза) образуется вода (H ₂ O), диоксид углерода (CO ₂ ) и тепловая энергия.

Стандартная теплота сгорания глюкозы равна — 2808 кДж / моль. Это означает, что тепло, выделяемое при полном сгорании одного моля глюкозы в избыточном количестве кислорода при стандартных условиях, равно 2808 кДж.

Сжигание печного газа (Бутагаз)

Печной газ (Butagas) представляет собой смесь пропана C ₃ H ₈ и бутана C ₄ H _10. Эта реакция горения дает большое количество тепла, которое используется при приготовлении пищи и имеет другие применения.

C ₃ H ₈  (г) + 5 O ₂ (г) → 3CO ₂ + 4H ₂ O (г) + 2323,7 кДж / моль

C ₃ H ₈  (г) + 5 O ₂ (г)  → 3CO ₂ + 4H ₂ O (г)

Δ H ° _c  = — 2323,7 кДж / моль

Сжигание глюкозы в организме живого организма

Это одна из очень важных реакций горения, поскольку она обеспечивает живые организмы необходимой энергией для выполнения их жизненных процессов.

C ₆ H ₁₂ O ₆ (т) + 6 O ₂ (г)  → 6CO ₂ + 6H ₂ O (г), Δ H ° _c  = — 2808 кДж / моль

Стандартная теплота пласта Δ H ° _f

Тепловое изменение, сопровождающее образование соединения из составляющих его элементов, называется теплотой образования Δ H ° _f .

Если составляющие элементы находятся в своем стандартном состоянии, которое является наиболее стабильным состоянием вещества при стандартных условиях, то изменение тепла, сопровождающее образование соединения, называется стандартной теплотой образования Δ H ° _f .

Теплота образования Δ H _f — это количество выделяемого или поглощенного тепла при образовании одного моля соединения из составляющих его элементов.

Стандартная теплота образования Δ H ° _f — это количество выделяемого или поглощенного тепла, когда один моль соединения образуется из составляющих его элементов, если эти элементы находятся в своих стандартных условиях.

В стандартных условиях предполагается, что теплота образования любого элемента равна нулю. Если стандартная теплота образования глюкозы равна -1260 кДж / моль, это означает, что количество выделяемого тепла, когда один моль глюкозы образуется из его составных элементов при стандартных условиях составляет 1260 кДж.

Стандартная теплота образования глюкозы

6C (т.) + 6 H ₂ (г) + 3 O ₂ (г)  → C ₆ H ₁₂ O ₆ (т), Δ H ° _f = — 1260 кДж / моль.

Теплота образования соединения равна его теплосодержанию. Изменение теплосодержания может быть рассчитано с использованием значений стандартной теплоты образования из следующего соотношения:

Δ H = сумма теплоты образования продуктов — сумма теплоты образования реагентов

Если реакция A + B → C + D

Итак, Δ H = [теплота образования C + теплота образования D] — [теплота образования A + теплота образования B]

Связь между теплотой образования и стабильностью соединения

Термически стабильные соединения являются экзотермическими соединениями. Их теплота образования имеет отрицательный знак, поскольку их теплосодержание ниже, чем теплосодержание составляющих их элементов. Эти соединения термически стабильны при комнатной температуре и не имеют тенденции к диссоциации на свои элементы.

Термически нестабильные соединения являются эндотермическими соединениями. Их теплота образования имеет положительный знак, поскольку их теплосодержание выше, чем теплосодержание составляющих их элементов. Эти соединения термически нестабильны при комнатной температуре и имеют тенденцию самопроизвольно диссоциировать на свои элементы.

Большинство реакций движутся в направлении образования наиболее стабильных соединений (наименьшая теплота образования).

Образование 1 моля HBr вызывает выделение 36 кДж тепла. Это означает, что HBr является термически стабильным соединением (Δ H ° _f = — 36 кДж / моль).

Для образования 1 моля HI требуется поглощение 26 кДж тепла. Это означает, что HI является термически нестабильным соединением (Δ H ° _f = + 26 кДж / моль).

Теплота образования соединения связана с его стабильностью, потому что, когда теплота образования соединения уменьшается, его термическая стабильность увеличивается, и наоборот. Таким образом, большинство реакций движутся в направлении образования наиболее стабильных соединений (самые низкие теплота образования).

Закон Гесса

Ученые обычно предпочитают использовать косвенные методы для расчета теплоты реакций. Это связано со многими причинами, такими как:

1. Смешивание реагентов или продуктов с другими веществами.
2. Некоторые реакции происходят очень медленно и требуют длительного времени, например, образование ржавчины.
3. Наличие опасности при экспериментальном измерении теплоты реакции.
4. Трудности измерения теплоты реакции в нормальных условиях давления и температуры.

Чтобы измерить изменение тепла в этих случаях реакций, Гесс предложил закон, известный как закон Гесса постоянного суммирования тепла.

Закон суммирования постоянной теплоты Гесса

Теплота реакции является постоянной величиной в стандартных условиях, независимо от того, проводится ли реакция в одну стадию или в несколько стадий.

Закон Гесса имеет дело с химическими уравнениями, как если бы они были алгебраическими уравнениями, которые можно складывать вместе, вычитать друг из друга или умножать свой коэффициент на постоянный коэффициент.

Итак, закон Гесса очень важен из-за его способности вычислять изменение теплосодержания реакций, которое нельзя измерить прямым способом.

Математическое соотношение закона Гесса: Δ H = Δ H ₁ + Δ H ₂ + Δ H ₃