Toplota zgorevanja

Kakšna je toplota zgorevanja?

On Toplota zgorevanja To je energija, ki se sprosti, ko določena količina materiala, običajno en mol, eksotermično reagira s kisikom zraka. To je bistvena lastnost termokemije pri karakterizaciji goriv, ​​alkoholov in zlasti ogljikovodikov, kot sta butan in metan.

Ko snov gori svetlobo in toploto, energijo, ki jo lahko uporabimo za delo na drugih telesih. Na primer, ustvarjena toplota je sposobna segreti velike količine vode, katere para pritiska na okolico in deluje nekaj električnih generatorjev; ali preprosto, nadaljnje segrevanje parjene hrane.

Toplota, ki nastane z izgorevanjem kuhinjskega plina, se uporablja za ogrevanje kot

Toplota zgorevanja se razlikuje med vsemi snovmi, čeprav je njegova kemična narava v bistvu enaka. Ta sprememba ustreza relativni stabilnosti, torej: bolj nestabilna spojina, večja je sproščena energija, predstavljena kot -ΔH. Negativni simbol pomeni, da toplota izteče.

Za primerjavo relativne stabilnosti med različnimi alkami in njihovimi izomeri se uporabljajo različne vrednosti -ΔH. Omogoča tudi stabilen.

Meritev

Za merjenje ogrevanja zgorevanja je potrebna kalorimetrična črpalka. Znotraj njega snov reagira s kisikom z aktiviranjem električne iskre.

Nato sproščena toplota segreva prostornino vode, ki obdaja vzorčni predal, pri čemer meri temperaturo pred in po izgorevanju, pa tudi maso vode in goriva.

Torej, sproščena energija bo enaka:

C_EH2O·mH₂Ali · Δt

Kje_EH2O To je specifična toplota vode, 4.184 J/G · ºC, mH₂Ali maso vode in Δt njeno temperaturno spremembo. Nazadnje je ta toplota, izražena v enitah Joule ali kalorij, razdeljena med maso ali moli goriva, nameščene znotraj kalorimetrične črpalke, da dobimo toploto zgorevanja na enoto mase ali molov.

Vam lahko služi: kaj je mehanski ekvivalent toplote?

Kovine se ne združujejo, ampak oksidirajo z različnimi hitrostmi, odvisno od temperature, pri kateri so izpostavljene. Toplota, ki jo proizvajajo. Zato niso gorljive snovi.

Potencialne energije

Med zgorevanjem so povezave porušene, da tvorijo nove, bolj stabilne. Energija, ki jo vsebuje vse molekulske povezave, je neodvisna od njegovega gibanja, zato obstaja potencialna energija.

Večja kot je potencialna energija, molekula bo bolj nestabilna, zato bo sprostila več toplote, ko bodo vzpostavljene nove povezave.

Če želite vedeti, katere točno so te nove povezave, je treba upoštevati izdelke popolnega izgorevanja: CO₂ Za ogljik, h₂Ali za vodik in ne₂ Za dušik. V zvezi z ogljikovodiki bo njihovo popolno zgorevanje ustvarilo stehiometrične mešanice CO₂ in h₂Tudi.

Obe molekuli, co₂ in h₂Ali pa imajo zelo majhne potencialne energije, ker so njihove povezave (o = c = o in h-o-h) zelo stabilne v primerjavi s povezavami ogljikovodikov, od katerih sta prišla (C-H in C-C).

Relativna stabilnost

Potencialne energije so prosto. Toda njihove različice niso, to je razlika v teh energijah med izdelki (CO₂ in h₂O) in reaktanti (ogljikovodiki).

Zato lahko te različice ali kaj je enako, njihovo zgorevanje se ogreje, lahko veste, kakšna je relativna stabilnost med naborom ogljikovodikov ali izomerov.

Zapre

Alkani so lahko linearni, razvejani ali ciklični. V primeru linearnih alkanov se njegova toplota zgorevanja razlikuje glede na dolžino verig; Se pravi, odvisno od tega, koliko enot ch₂ imeti. Razmislite o primeru n-heksan, n-heptano in n-Octane:

Lahko vam služi: jod: zgodovina, lastnosti, struktura, pridobivanje, tveganje, uporabe

Pogl₃(Pogl₂)₄Pogl₃, -ΔH = 4163 kJ/mol

Pogl₃(Pogl₂)₅Pogl₃, -ΔH = 4817 kJ/mol

Pogl₃(Pogl₂)₆Pogl₃, -ΔH = 5471 kJ/mol

Vidite, da se njegove zgorevanja toplote razlikujejo za 654 kJ/mol. To pomeni, da vsak Cho₂ ki je dodana verigi, poveča toploto zgorevanja s hitrostjo 654 kJ/mol. Tako, nonano, ch₃(Pogl₂)₇Pogl₃, Ima toploto zgorevanja, ki je enaka 6125 kJ/mol (5471 kJ/mol + 654 kJ/mol).

To je isto, kot da imajo daljše verige večje potencialne energije, zato so bolj nestabilne.

Ramificirani alkani so bolj stabilni kot linearni in to je razvidno iz njihovih ogrevanja zgorevanja. Upoštevajte zdaj primer treh izomerov oktana:

Izgorevanje segreva za tri oktanske izomere. Vir: Gabriel Bolívar prek Molview.

On n-Octano je najbolj nestabilen, saj je njegova toplota zgorevanja največja (5471 kJ/mol). Po drugi strani pa izomeri 2-metilheptano in 2,2-dimetilheksan. 2,2-dimetilheksan je najbolj stabilen za to, da je najbolj razvejan od treh izomerov.

Alkeni

Relativna stabilnost alkenov je mogoče dobiti tudi iz njihovih ogrevanja zgorevanja. Razmislite na primer štiri izomere butenusa:

Izgorevanje segreva za izomere butno. Vir: Gabriel Bolívar prek Molview.

Tu ne govorimo več o posledicah, ampak o stopnji zamenjave dvojne vezi, c = c in njenih napetosti van der Waals; to je iz elektronskih in steričnih odbojnosti med dvema obsežnima skupinama, ki se nahajata na isti strani dvojne vezi.

Prvi izomer, 1-buten, je najbolj nestabilen, ker je njegova dvojna vez manj zamenjana (h₂C = C). To se odraža v njegovi zgorevalni toploti 2717 kJ/mol.

Vam lahko služi: klorogena kislina

Na desni je CIS-2-buten nekoliko bolj stabilen, ker je njegova dvojna vez bolj zamenjana. Toda Trans-2-buten je še bolj, saj tudi, če ima enako stopnjo zamenjave, skupine zbirajo₃ dvojne vezi so v trans položajih, torej na različnih straneh dvojne vezi. Upoštevajte, da je toplota trans-2-butena (2707 kJ/mol) komaj nekoliko nižja kot pri cis-2-butenu (2710 kJ/mol).

Zadnji izomer, 2-metil-2-buten, ki je enako nadomeščen tudi kot CIS in Trans 2 Bungeo, je kljub temu najbolj nestabilen od vseh. To je zato, ker oba Ch₃ Najdemo jih v enem od ogljikov dvojne vezi, zato so alkene s Cho₃ Dragulji.

Karbonilne spojine

Poleg alkosov in drugih ogljikovodikov na splošno je relativna stabilnost karbonilnih spojin (ketoni, aldehidi, karboksilne kisline) povezana tudi z njihovimi ogrevanji zgorevanja.

Tako bodo bolj stabilizirani ali manj reaktivni njihovi skupini c = o, mladoletniki bodo njihove zgorevanja.

Na primer toplota zgorevanja butanala, ch₃Pogl₂Pogl₂Cho, 2475 kJ/mol. Ta toplota je višja od 2-butanona, ch₃Pogl₂Coch₃, ki je enak 2442 kJ/mol. Zato je butanal bolj nestabilen kot 2-butanon.

V 2-butanonu je C = O bolj stabiliziran zahvaljujoč skupinam CH₃Pogl₂ in pogl₃; Stvar, ki se ne zgodi z butanom, kjer je ena od skupin komaj atom h.

Reference

1. Morrison, r. T. in Boyd, r, n. (1987). Organska kemija. 5. izdaja. Uredništvo Addison-Wesley Interamerican.
2. Carey f. (2008). Organska kemija. (Šesta izdaja). MC Graw Hill.
3. Graham Solomons t.W., Craig b. Fryhle. (2011). Organska kemija. (10. izdaja.). Wiley Plus.
4. Wikipedija. (2020). Toplota zgorevanja. Pridobljeno iz: v.Wikipedija.org
5. Fundacija CK-12. Toplota zgorevanja. Kemija librettexts. Okrevano od: kem.Librettexts.org
6. BBC. (2020). Kemična energija: entalpija zgorevanja. Pridobljeno iz: BBC.co.Združeno kraljestvo
7. Steven a. Hardinger. (2017). Ilustrirani slovar organske kemije: entalpija zgorevanja. Okrevano od: kem.UCLA.Edu