Równania termochemiczne

Większość reakcji chemicznych zachodzi pod ciśnieniem atmosferycznym. W warunkach stałego ciśnienia zmiana ciepła związana z reakcją, ΔQ, jest równa zmianie entalpii, ΔH, zwanej również entalpią lub ciepłem reakcji.

Entalpia reakcji to różnica między entalpiami produktów a reagentami. Gdy entalpia produktów jest większa niż entalpia reagentów, ΔH jest dodatnie. Takie reakcje pochłaniają ciepło i są endotermiczne.

Wręcz przeciwnie, jeśli entalpia reagentów jest większa niż entalpia produktów, ΔH jest ujemne. Takie reakcje uwalniają ciepło i są egzotermiczne.

Dla każdej reakcji chemicznej wielkość towarzyszącej zmiany entalpii zależy od stechiometrycznych ilości reagentów i produktów, jak wskazują współczynniki równania zrównoważonego.

Zrównoważone równanie chemiczne, które zawiera etykiety fazowe i entalpię reakcji, ΔH, nazywa się równaniem termochemicznym.

Weźmy pod uwagę spalanie metanu – podstawowego źródła paliwa. Spalanie metanu uwalnia ciepło do otoczenia. Na egzotermiczny charakter reakcji wskazuje ujemna zmiana entalpii w równaniu termochemicznym.

Równanie spalania pokazuje, że gdy jeden mol metanu reaguje z 2 molami gazowego tlenu, dając 1 mol gazowego dwutlenku węgla i 2 mole ciekłej wody, do otoczenia uwalniane jest 890,8 kilodżuli ciepła.  

Stosunek molowy między reagentami lub produktami a ciepłem reakcji można wykorzystać jako współczynniki konwersji do obliczenia ciepła wymienianego podczas reakcji.

Jeśli butla z gazem zawiera 25,5 kilograma metanu, a cały metan w butli ulega spaleniu, jaka ilość ciepła zostanie wyprodukowana? Ogólnie rzecz biorąc, plan koncepcyjny polega na przekształceniu masy w mole, a następnie moli w ciepło reakcji.

Na początek 25,5 kilograma mnoży się przez 1000, aby znaleźć masę w gramach. Następnie masę metanu dzieli się przez jego masę molową – 16,0 gramów na mol, co daje 1594 mole metanu.

Wreszcie, używając współczynnika konwersji między molami metanu a ciepłem reakcji, 1594 mole metanu uwalniają 14,2 razy dziesięć do 6 kilodżuli ciepła - co jest ciepłem reakcji. Odpowiedź jest negatywna, ponieważ reakcja jest egzotermiczna, ponieważ ciepło wydziela się w reakcji.