1. Reaktioentalpia sidosenergian avulla

Jotta kemiallinen reaktio tapahtuisi, täytyy lähdöaineiden sidosten katketa ja reaktiotuotteiden sidosten muodostua.

• Sidosten katkeamiseen tarvitaan aina energiaa. Se on endoterminen vaihe eli energiaa sitova.
• Uusien sidosten muodostumisessa (reaktiotuotteet) vapautuu aina energiaa eli tämä on eksoterminen vaihe.
• Kemiallisen reaktion kokonaisenergiamuutos on näiden kahden vaiheen summa

Jokaisella sidoksella on tietty sidosenergia, joka kertoo, minkä verran energiaa tarvitaan sidoksen katkeamiseen. Esimerkiksi
[[$C-C\ sidoksen\ sidosenergia\ on\ 348\ \frac{kJ}{mol\ }\ ja\ C-H\ sidoksen\ sidosenergia\ on\ 412\ \frac{kJ}{mol}$]]
Reaktioyhtälöstä nähdään, mitä sidoksia reaktiossa katkeaa (endoterminen) ja mitä sidoksia muodostuu (eksoterminen). 

[[$Reaktioentalpia\ \Delta H=\Sigma E\left(katkeavat\right)-\Sigma E\left(muodostuvat\right)$]]

Esimerkki: Kuinka monta moolia energiaa vapautuu, kun yksi mooli pentanolia palaa?



Tästä voidaan kirjoittaa tasapainotettu reaktioyhtälö

[[$2C_5H_{11}OH+15O_2\ \Rightarrow\ 10CO_2+12H_2O$]]

[[$Lähtöaineissa\ on\ seuraavia\ sidoksia:\ 11\ kpl\ C-H{,}\ 4\ kpl\ C-C{,}\ 1\ kpl\ C-O\ ja\ 1\ kpl\ O-H\ sekä\ 1\ kpl\ O=O\ \left(happikaasu\right)$]]
Taulukkokirjasta nähdään näiden sidosenergiat, joten
[[$\Sigma H\left(katkeavat\right)=\left(11\cdot412\ \frac{kJ}{mol}+4\cdot348\ \frac{kJ}{mol}+360\ \frac{kJ}{mol}+463\ \frac{kJ}{mol}\right)+496\ \frac{kJ}{mol}=6747\ \frac{kJ}{mol}+496\ \frac{kJ}{mol}$]]
Eli kokonaisenergia (otetaan reaktioyhtälön kertoimet huomioon), mitä tarvitaan lähtöaineiden hajottamiseksi atomeiksi on 
[[$E\left(lähtöaineet\right)=2\ mol\cdot6747\ \frac{kJ}{mol}+15\ mol\cdot496\ \frac{kJ}{mol}=20934\ kJ$]]

[[$Reaktiotuotteissa\ on\ sidoksia\ seuraavasti:\ 2\ C=O\ ja\ 2\ O-H\ eli\ \Sigma E\left(katkeavat\right)=2\cdot743\ \frac{kJ}{mol}+2\cdot463\ \frac{kJ}{mol}$]]
Nyt kokonaisenergia, joka vapautuu uusien sidosten muodostuessa (reaktioyhtälön kertoimet huomioitu)
[[$E\left(tuotteet\right)=-\left(10mol\cdot2\cdot743\ \frac{kJ}{mol}+12\ mol\cdot2\cdot463\ \frac{kJ}{mol}\right)=-25972\ kJ$]]
Nyt kokonaisreaktion entalpian muutos
[[$\Delta H=20934\ kJ-25972\ kJ=-5038\ kJ$]]

[[$Reaktion\ reaktioentalpia\ \Delta H=\frac{-5038\ kJ}{2\ mol}=-2519\ \frac{kJ}{mol}$]]

Kun yksi mooli pentanolin palaa, vapautuu energiaa 2519 kJ.


Kotitehtävät: 53, 54 (55)

2. Reaktioentalpian määrittäminen Hessin lain avulla

Alla oleva video kertoo, mitä Hessin laki kertoo reaktioyhtälöstä
Hessin laki

Hessin laki: Kemiallisessa reaktiossa vapautuu tai sitoutuu aina saman verran energiaa riippumatta siitä, tapahtuuko reaktio suoraan vai yhden tai useamman välivaiheen kautta. Ts. reaktion reaktioentalpia on sama, vaikka reaktiotuotteet muodostuvat lähtöaineista eri reittien kautta.

Esimerkiksi hiilidioksidin muodostuminen voi tapahtua kahta eri reittiä:

[[$Reitti\ 1\ \left(suoraan\right):\ \ C\left(s\right)+O_2\left(g\right)\ \rightarrow CO_2\left(g\right){,}\ \ \ \Delta H_1$]]

Reitti 2: Hiili palaa ensin hiilimonoksidiksi, joka edellee hapettuu hiilidioksidiksi
[[$\ \ \ \ \ \ \ C\left(s\right)+\frac{1}{2}O_2\left(g\right)\ \rightarrow\ CO\left(g\right){,}\ \ \Delta H_2$]]
[[$\ \ \ \ \ CO\left(g\right)+\frac{1}{2}O_2\left(g\right)\ \rightarrow\ CO_2\left(g\right){,}\ \ \Delta H_3$]]
Hessin lain mukaan reitin 1 reaktioentalpia on sama kuin reittien 2 reaktioentalpioiden summa eli
[[$\Delta H_1=\Delta H_2+\Delta H_3$]]

Tästä voidaan muodostaa ns. Hessin sykli (tehtävät 57)

3. Reaktioentalpia muodostumislämpöjen avulla


Taulukkokirjasta löytyy eri aineiden muodostumislämpöjen arvoja. Aineen muodostumislämmöllä tarkoitetaan sitä entalpianmuutosta, joka tapahtuu, kun yksi mooli ainetta syntyy alkuaineistaan.

Esimerkiksi hiilidioksidin muodostumislämpö, ΔH = -393,5 kJ/mol
Hiilidioksidia syntyy, kun hiili reagoi happikaasun kanssa
[[$C\left(s\right)+O_2\left(g\right)\ \ \rightarrow\ \ CO_2\left(g\right){,}\ \ \Delta H=-393{,}5\ \frac{kJ}{mol}$]]

Vettä taas syntyy, kun vety reagoi hapen kanssa.

[[$H_2\left(g\right)+\frac{1}{2}O_2\left(g\right)\ \rightarrow\ H_2O\ \left(g\right)\ \ {,}\ \ \Delta H=-285{,}8\ \frac{kJ}{mol}\ \left(löytyy\ taulukkokirjasta\right)$]] 

Näitä taulukkokirjasta löytyviä eri aineiden muodostumislämpöjä voidaan käyttää apuna, kun halutaan määrittää koko reaktioyhtälön reaktioentalpia.

[[$\Delta H_r=\Sigma\Delta H\left(tuotteet\right)-\Sigma\Delta H\left(lähtöaineet\right)$]]

Esim metaanin palamisreaktiolle voidaan laskea reaktioentalpia lähtöaineiden ja tuotteiden muodostumislämpöjen avulla

[[$CH_4\left(g\right)+2O_2\left(g\right)\ \rightarrow\ CO_2\left(g\right)+2H_2O\left(l\right)$]]

katsotaan muodostumislämmöt kaikille reaktioon osallistuville aineille
[[$\Delta H\left(CH_4\right)=-74{,}9\ \frac{kJ}{mol}{,}\ \Delta H\left(O_2\right)=0\ \frac{kJ}{mol}{,}\ \Delta H\left(CO_2\right)=-393.5\ \frac{kJ}{mol\ \ }\ ja\ \Delta H\left(H_2O\right)=-285{,}8\ \frac{kJ}{mol}$]]

[[$Nyt\ \Delta H_r=2\cdot\left(-285{,}8\ \frac{kJ}{mol}\right)-393{,}5\ \frac{kJ}{mol}-\left(-74{,}9\ \frac{kJ}{mol}\right)=-890{,}2\ \frac{kJ}{mol}$]]

Kotitehtävät: 58, 60 ja 65