6.7: Equazioni termochimiche

Per una reazione chimica (il sistema) condotta a pressione costante – con il solo lavoro svolto causato dall’espansione o dalla contrazione – l'entalpia di reazione (ΔH_rxn) pari al calore scambiato con l'ambiente circostante (q_p).

La variazione di entalpia una propriet estensiva e dipende dalla quantit di reagenti che partecipano alla reazione (o dal numero di moli di reagenti). La variazione di entalpia specifica della reazione e gli stati fisici delle specie reagente e prodotto sono importanti. Una reazione esotermica caratterizzata da un valore −ΔH_rxn, mentre una reazione endotermica ha un valore +ΔH_rxn.

Poich la quantit di calore rilasciata o assorbita da una reazione corrisponde alla quantit di ciascuna sostanza consumata o prodotta dalla reazione, conveniente utilizzare un'equazione termochimica per rappresentare i cambiamenti sia nella materia che nell'energia. In un'equazione termochimica, la variazione di entalpia di una reazione indicata come ΔH_rxn e generalmente viene fornita seguendo l'equazione della reazione. L'entit di ΔH_rxn indica la quantit di calore associata alla reazione mostrata nell'equazione chimica. Il segno di ΔH_rxn indica se la reazione esotermica o endotermica, come scritto. Nella seguente equazione, 1 mole di idrogeno gassoso e 1/2 mole di ossigeno gassoso (a una certa temperatura e pressione) reagiscono per formare 1 mole di acqua liquida (alla stessa temperatura e pressione).

Questequazione indica che 286 kJ di calore vengono rilasciati nell'ambiente circostante. In altre parole, vengono rilasciati 286 kJ di calore (la reazione esotermica) per ogni mole di idrogeno consumata o per ogni mole di acqua prodotta. Pertanto, l'entalpia di reazione un fattore di conversione che pu essere utilizzato per calcolare la quantit di calore rilasciata o assorbita durante reazioni che coinvolgono quantit specifiche di reagenti e prodotti.

Se i coefficienti dell'equazione chimica vengono moltiplicati per un fattore (cio se la quantit di una sostanza viene modificata), la variazione di entalpia devessere moltiplicata per lo stesso fattore.

(aumento del doppio degli importi)

(doppia diminuzione degli importi)

Per illustrare che la variazione di entalpia di una reazione dipende dagli stati fisici dei reagenti e dei prodotti, si consideri la formazione di acqua gassosa (o vapore acqueo). Quando 1 mole di idrogeno gassoso e mole di ossigeno gassoso reagiscono per formare 1 mole di acqua gassosa, vengono rilasciati solo 242 kJ di calore, contro i 286 kJ di calore rilasciati quando si forma acqua liquida.

La maggior parte delle reazioni chimiche si verificano a pressione atmosferica. In condizioni di pressione costante, la variazione di calore associata alla reazione:delta Q, è uguale alla variazione di entalpia;delta H, detta anche entalpia o calore di reazione. L'entalpia della reazione è la differenza fra le entalpie dei prodotti e dei reagenti.

Quando l'entalpia dei prodotti è maggiore dell'entalpia dei reagenti, il delta H è positivo. Tali reazioni assorbono il calore e sono endotermiche. Al contrario, se l'entalpia dei reagenti è maggiore dell'entalpia dei prodotti, delta H è negativo.

Tali reazioni rilasciano calore e sono esotermiche. Per qualsiasi reazione chimica, l'entità della variazione di entalpia associata dipende dalle quantità stechiometriche di reagenti e prodotti, come indicato dai coefficienti dell'equazione bilanciata. Un'equazione chimica bilanciata che include etichette di fase ed entalpia di reazione, delta H, è detta equazione termochimica.

Considerate la combustione del metano:una fonte primaria di carburante. La combustione del metano rilascia calore nell'ambiente circostante. La natura esotermica della reazione è indicata dalla variazione di entalpia negativa nell'equazione termochimica.

L'equazione per la combustione mostra che quando una mole di gas metano reagisce con 2 moli di ossigeno gassoso per produrre 1 mole di anidride carbonica e 2 moli di acqua liquida, 890, 8 kilojoule di calore vengono rilasciati nell'ambiente circostante. Il rapporto molare fra i reagenti o i prodotti e il calore di reazione può essere utilizzato come fattore di conversione per calcolare il calore scambiato durante la reazione. Se una bombola di gas contiene 25, 5 chilogrammi di metano, e tutto il metano contenuto nella bombola viene sottoposto a combustione, che quantità di calore verrà prodotta?

In generale, il piano concettuale è convertire la massa in mole e quindi i mole in calore di reazione. Per iniziare, 25, 5 chilogrammi vengono moltiplicati per 1000 per trovare la massa in grammi. Quindi, la massa del metano viene divisa per la sua massa molare:16, 0 grammi per mole, per produrre 1594 moli di metano.

Infine, utilizzando il fattore di conversione tra moli di metano e calore di reazione, 1594 moli di metano rilascia 14, 2 volte dieci ai 6 kilojoule di calore, che è il calore della reazione. Il risultato è negativo poiché la reazione è esotermica e il calore si disperde nella reazione.