Entalpia di reazione

La termodinamica è lo studio del calore e della sua relazione con l'energia e il lavoro. Una delle proprietà termodinamiche più importanti è l'entalpia, che indica l'energia termica trasferita da un processo a pressione costante. L'entalpia è usata per descrivere le reazioni chimiche, in cui la variazione di entalpia, ΔH, ci dice quanto calore viene assorbito o rilasciato durante una reazione chimica.

L'entalpia è una funzione di stato, il che significa che la modifica è indipendente dal percorso e tiene conto solo dello stato iniziale e finale. Pertanto, il ΔH di una reazione viene calcolato sottraendo la somma delle entalpie dei reagenti dalla somma delle entalpie dei prodotti.

Se ΔH è positivo, la reazione è endotermica e assorbe calore dall'ambiente circostante. Se ΔH è negativo, la reazione è esotermica e rilascia calore nell'ambiente circostante.

Possiamo misurare la variazione di entalpia di una reazione utilizzando un sistema isolato come un calorimetro. Un calorimetro semplificato, come quello che abbiamo qui, è costituito da una cella campione isolata con un agitatore e un termometro. Man mano che la reazione procede all'interno della cella isolata, la temperatura cambia e siamo in grado di misurare il ΔT.

Possiamo presumere che nessuna energia venga trasferita dentro o fuori dalla cella del campione perché è isolata. Quindi, possiamo quindi presumere che la variazione di temperatura sia dovuta alla variazione di calore nella reazione.

Quindi, come usiamo ΔT per calcolare ΔH? A pressione costante, ΔH è uguale al flusso di calore, Q. Q è uguale alla massa della sostanza moltiplicata per la sua capacità termica specifica e la variazione di temperatura. La capacità termica specifica, c_s, è una misura della quantità di calore necessaria per aumentare di 1 °C la temperatura di 1 g di un materiale.

Un materiale con una capacità termica specifica più elevata richiede più energia per aumentare la sua temperatura e viceversa. I valori specifici di capacità termica per le sostanze comuni sono riportati in letteratura. Pertanto, possiamo utilizzare la capacità termica specifica, insieme alla massa della sostanza e alla variazione di temperatura, per calcolare ΔH per la reazione.

Nel tuo esperimento, misureremo la variazione di entalpia per la formazione di ossido di magnesio da magnesio e ossigeno. L'uso del nostro semplice calorimetro ci richiede di misurare il calore di reazione indirettamente con una serie di fasi di reazione separate. Quindi, eseguiremo ogni reazione separatamente e misureremo ΔT e, per estensione, ΔH per ogni reazione. Quindi, secondo la legge di Hess, l'entalpia della reazione complessiva è uguale alla somma di ciascuna delle entalpie di reazione per ogni fase di reazione.

In questo laboratorio, costruirai un semplice calorimetro utilizzando tazze di polistirene e quindi determinerai sperimentalmente l'entalpia di formazione dell'ossido di magnesio.