Exotermická reakce - Exothermic reaction

The termit reakce je skvěle exotermická. Snížení oxidu železitého o hliník uvolňuje dostatek tepla k výtěžku roztaveného železa.

An exotermická reakce je „reakce, pro kterou je celkově standardní změna entalpie ΔH⚬ je záporné. “[1][2] Exotermické reakce se obvykle uvolňují teplo a znamená nahrazení slabých vazeb silnějšími.[3][4] Termín je často zaměňován s exergonická reakce, kterou IUPAC definuje jako „... reakci, pro kterou se mění celková standardní Gibbsova energie ΔG⚬ je záporné. “[2] Silně exotermická reakce bude obvykle také exergonická, protože ΔH⚬ významně přispívá k ΔG⚬. Většina velkolepých chemických reakcí, které se předvádějí ve třídách, je exotermická a exergonická. Opak je endotermická reakce, který obvykle zabírá teplo a je poháněn entropie zvýšení systému.

Příklady

Příkladů je mnoho: spalování, termitová reakce, který kombinuje silné kyseliny a zásady, polymerace. Jako příklad v každodenním životě ohřívače rukou využít oxidaci železa k dosažení exotermické reakce:

4Fe + 3O2 → 2Fe2Ó3 ΔH⚬ = - 1648 kJ / mol

Obzvláště důležitou třídou exotermických reakcí je spalování uhlovodíkových paliv, např. spalování zemního plynu:

ΔH⚬ = - 890 kJ / mol
Video exotermické reakce. Pára ethanolu se zapálí uvnitř lahve a způsobí hoření.

V těchto příkladech byla většina uvolněné energie uložena v O2 s jeho relativně slabou dvojnou vazbou.[4] Většina chemických reakcí zahrnuje jak rozbití stávajících, tak vytvoření nových, silnějších chemických vazeb. Když se atomy spojí a vytvoří nové, stabilnější chemické vazby, elektrostatické síly, které je spojují, opouštějí vazbu s velkým přebytkem energie (obvykle ve formě vibrací a rotací). Pokud tato energie není rozptýlena, nová vazba by se znovu rychle rozpadla. Místo toho může nová vazba vrhat přebytečnou energii - zářením, přenosem do jiných pohybů v molekule nebo do jiných molekul prostřednictvím srážek - a poté se stát stabilní novou vazbou. Tato přebytečná energie je teplo, které opouští molekulární systém.

Nekontrolované exotermické reakce, které vedou k požárům a výbuchům, jsou nehospodárné, protože je obtížné zachytit uvolněnou energii. Příroda ovlivňuje spalovací reakce za vysoce kontrolovaných podmínek, vyhýbá se požárům a výbuchům aerobní dýchání aby se zachytila ​​uvolněná energie, např. pro vznik ATP.

Měření

The entalpie chemického systému je v podstatě jeho energie. Změna entalpie ΔH protože reakce se rovná horku q převedeny z (nebo do) uzavřeného systému při konstantním tlaku bez vstupu nebo výstupu elektrické energie. Produkce nebo absorpce tepla v chemické reakci se měří pomocí kalorimetrie, např. s bombový kalorimetr. Jedním běžným laboratorním nástrojem je reakční kalorimetr, kde je monitorován tok tepla z nebo do reakční nádoby. Uvolnění tepla a odpovídající změna energie, ΔH, a spalování reakce může být měřena obzvláště přesně.

Měřená tepelná energie uvolněná při exotermické reakci se převede na ΔH⚬ v Joule na mol (dříve cal / mol ). The Standard změna entalpie ΔH⚬ je v podstatě změna entalpie, když stechiometrický koeficienty v reakci se považují za množství reaktantů a produktů (v molech); obvykle se předpokládá počáteční a konečná teplota 25 ° C. Pro reakce v plynné fázi platí ΔH⚬ hodnoty se vztahují k vazebné energie na dobrou aproximaci:

ΔH⚬ = celková vazebná energie reaktantů - celková vazebná energie produktů
An energetický profil exotermické reakce

Při exotermické reakci má definice entalpie zápornou hodnotu:

ΔH = Hprodukty - Hreaktanty < 0

kde je větší hodnota (vyšší energie reaktantů) odečtena od menší hodnoty (nižší energie produktů). Například při hoření vodíku:

2H2 (g) + O.2 (g) → 2H2O (g)
ΔH⚬ = -483,6 kJ / mol [5]

Viz také

Reference

  1. ^ "Exotermická reakce". IUPAC.
  2. ^ A b Laidler, K. J. (1996). "Glosář termínů používaných v chemické kinetice, včetně dynamiky reakcí (doporučení IUPAC 1996)". Čistá a aplikovaná chemie. 68: 149–192. doi:10.1351 / pac199668010149. S2CID  98267946.
  3. ^ Galley, William C. (2004). "Exothermic Breaking Bond: Trvalá mylná představa". Journal of Chemical Education. 81 (4): 523. Bibcode:2004JChEd..81..523G. doi:10.1021 / ed081p523.
  4. ^ A b Schmidt-Rohr, Klaus (2015). „Proč jsou spalování vždy exotermické, s výtěžkem přibližně 418 kJ na mol O2“. Journal of Chemical Education. 92 (12): 2094–2099. Bibcode:2015JChEd..92.2094S. doi:10.1021 / acs.jchemed.5b00333.
  5. ^ „Archivovaná kopie“. Archivovány od originál dne 08.07.2013. Citováno 2013-07-20.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz)

externí odkazy