II.4. Entalpia de reacție.

Cea mai mare parte a transformărilor de stare și reacțiilor chimice, inclusiv ale sistemelor vii au loc la presiune constantă, cea a atmosferei terestre.

Când este vorba despre căldura cedată sau absorbită la presiune constantă chimiștii folosesc mărimea numită entalpie, notată cu H.

Entalpia de reacție reprezintă variația de căldură a reacțiilor chimice, la presiune constantă.

Entalpia unui sistem nu se poate măsura, dar se poate calcula variația de entalpie, ΔH, care este egală cu căldura primită sau cedată de un sistem, la presiune constantă (Q_p) :

ΔH = Q_p

ΔH = H_final − H_inițial = H_produși − H_reactanți

- În reacțiile endoterme, sistemul primește căldură din exterior (Q > 0) și ΔH > 0, având H_produși > H_reactanți.

- În reacțiile exoterme, sistemul cedează căldură în exterior (Q < 0) și ΔH < 0, având H_produși < H_reactanți.

Entalpia este o proprietate extensivă, fiind direct proporțională cu cantitatea de reactanți consumată în proces.

De exemplu, la combustia unui mol de metan cu doi moli de oxigen s-a determinat experimental că se degajă o cantitate de căldură de 802 kJ.

CH₄ (g) + 2O₂ (g) → CO₂ (g) + 2H₂O (g) + Q; ΔH = −802 kJ

Dacă ardem doi moli de metan cu patru moli de oxigen se va degaja o cantitate de căldură dublă ș.a.m.d.

🔓 Aplicație

1. Ce căldură se degajă la arderea a 72 g de metan ?

Rezolvare:

Considerăm că ardem 72 g de metan. Pentru a afla căldura degajată la ardere, aflăm nr. de moli (ν) de metan pentru masa m = 72 g și masa molară μ = 16 g/mol.

Într-o reacție chimică, variația de entalpie depinde de numărul de moli al fiecărui component participant la reacție :

ΔH = Σ ν_p ∙ H_p – Σ ν_r ∙ H_r

ν_p = nr. de moli produși
H_p = entalpiile produșilor de reacție
ν_r = nr. de moli reactanți
H_r = entalpiile reactanților

🔦 Observații

- Variația de entalpie a unei reacții depinde de starea de agregare a reactanților și a produșilor.

De exemplu, dacă la arderea metanului apa rezultată este lichidă, variația entalpiei este mai mare decât cea în care apa formată este gazoasă :
CH₄ (g) + 2O₂ (g) → CO₂ (g) + 2H₂O (g); ΔH₁ = −802 kJ
CH₄ (g) + 2O₂ (g) → CO₂ (g) + 2H₂O (l) ; ΔH₂ = −890 kJ

Diferența se datorează căldurii degajate la trecerea apei din stare gazoasă în stare lichidă.
2H₂O (g) → 2H₂O (l); ΔH = ΔH₂ – ΔH₁ = −88 kJ

- Variația de entalpie a unei reacții este egală ca mărime, dar de semn opus cu variația de entalpie a reacției inverse.

De exemplu, pentru reacția reversibilă a metanului cu apa avem :

🔦 Observație

- Pentru efectul termic izobar, variația entalpiei este egală cu căldura de reacție la presiune constantă: ΔH = Q_p

- Pentru efectul termic izocor, variația energiei interne de reacție este egală cu căldura de reacție la volum constant: ΔU = Q_V