المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

علم الكيمياء
عدد المواضيع في هذا القسم 10401 موضوعاً
علم الكيمياء
الكيمياء التحليلية
الكيمياء الحياتية
الكيمياء العضوية
الكيمياء الفيزيائية
الكيمياء اللاعضوية
مواضيع اخرى في الكيمياء
الكيمياء الصناعية

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر
بعض أعداء النحل Other Enemies
2024-05-22
كــيميـاء الخـارصـين
2024-05-22
كــيميـاء النحـاس
2024-05-22
كــيميــاء النيكـل
2024-05-22
جهاد النفس منزلة المُلك
2024-05-22
كـيميــاء الكوبلـت
2024-05-22

الأفعال التي تنصب مفعولين
23-12-2014
صيغ المبالغة
18-02-2015
الجملة الإنشائية وأقسامها
26-03-2015
اولاد الامام الحسين (عليه السلام)
3-04-2015
معاني صيغ الزيادة
17-02-2015
انواع التمور في العراق
27-5-2016


Combustion. Heats of Reaction. Bond Energies  
  
1342   03:34 مساءً   التاريخ: 23-12-2021
المؤلف : John D. Roberts and Marjorie C. Caserio
الكتاب أو المصدر : Basic Principles of Organic Chemistry : LibreTexts project
الجزء والصفحة : ........
القسم : علم الكيمياء / الكيمياء العضوية / مواضيع عامة في الكيمياء العضوية /


أقرأ أيضاً
التاريخ: 2023-08-29 1697
التاريخ: 2023-08-02 978
التاريخ: 10-3-2016 3149
التاريخ: 23-12-2021 1475

Combustion. Heats of Reaction. Bond Energies

All hydrocarbons are attacked by oxygen at elevated temperatures and, if oxygen is in excess, complete combustion occurs to carbon dioxide and water:

[ CH_4 + 2O_2 ightarrow CO_Edit2 + 2H_2O]

The heat evolved in this process - the heat of the combustion reaction, ΔH - is a measure of the amount of energy stored in the CC and CH bonds of the hydrocarbon compared to the energy stored in the products, carbon dioxide and water. It can be measured experimentally with considerable accuracy and generally is reported as ΔH0ΔH0 the amount of heat (in kilocalories) liberated on complete combustion of one mole of hydrocarbon when the reactants and the products are in standard states, and at the same temperature, usually 25o. Not all chemical reactions that occur spontaneously liberate heat - some actually absorb heat. By convention, ΔH0 is given a negative sign when heat is evolved (exothermic reaction) and a positive sign when heat is absorbed (endothermic reaction). The heat evolved or absorbed also is called the enthalpy change.

For the combustion of 1mol1mol of methane at 15o, we find by experiment (corrected from constant volume to constant pressure, if necessary) that the reaction is exothermic by 212.8 kcal. This statement can be expressed as follows:

CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)(4.4.1)

with ΔHo=212.8kcal

The symbol (g) denotes that the reactants and products are in the gaseous state except for the water, which is liquid (l). If we wish to have ΔH0 with gaseous water H2O(g) as the product we have to make a correction for the heat of vaporization of water (10.5kcalmol−1at 25o):

Top reaction: C H 4 gas plus 2 O 2 gas goes to C O 2 gas plus 2 H 2 O liquid with delta H of -212.8 kcal. Middle reaction: 2 H 2 O liquid goes to 2 H 2 O gas with delta H of 2 times 10.5 kcal. These combine to get the reaction: C H 4 gas plus 2 O 2 gas goes to C O 2 gas plus 2 H 2 O gas with delta H of -191.8 kcal.

The task of measuring the heats of all chemical reactions is a formidable one and about as practical as counting grains of sand on the beach. However, it is of practical interest to be able to estimate heats of reaction, and this can be done quite simply with the aid of bond energies. The necessary bond energies are given in Table 4-3, and it is important to notice that they apply only to complete dissociation of gaseous substances to gaseous atoms at 25oC. Also, they do not apply, without suitable corrections, to many compounds, such as benzene, that have more than one double bond.

To calculate ΔH0 for the combustion of one mole of methane, first we break bonds as follows, using 98.7kcalmol−1 for the energy of each of the

Table of bond energies.

CHC−H bonds,

C H 4 gas goes to C gas plus 4 H gas with delta H of 4 times 98.7 kcal or +394.8 kcal.

and then 118.9kcalmol−1118.9kcalmol−1 for the energy of the double bond in oxygen:

2 O 2 gas goes to 4 O gas with delta H of 2 times 118.9 kcal or +237.8 kcal.

Then we make bonds, using 192kcalmol−1192kcalmol−1 for each O=CO=C bond in carbon dioxide,

C gas plus 2 O gas goes to C O 2 gas with delta H of -2 times 192.0 kcal or -384.0 kcal.

and 110.6kcalmol−1110.6kcalmol−1 for each of the HO bonds in water:

2 O gas plus 4 H gas goes to 2 H 2 O gas with delta H of -4 times 110.6 kcal or -442.4 kcal.

The net sum of these ΔH0 values is 394.8+237.8384.0442.4=193.8kcal, which is reasonably close to the value of −191.8kcal for the heat of combustion of one mole of methane determined experimentally.

The same type of procedure can be used to estimate ΔH0 values for many other kinds of reactions of organic compounds in the vapor phase at 25o. Moreover, if appropriate heats of vaporization are available, it is straightforward to compute ΔH0 for vapor-phase reactions of substances which are normally liquids or solids at 25o.

It is important to recognize that the bond energies listed in Table 4-3 for all molecules other than diatomic molecules are average values. That the CH bond energy is stated to be 98.7kcal does not mean that, if the hydrogens of methane were detached one by one, 98.7kcal would have to be put in at each step. Actually, the experimental evidence is in accord with quite different energies for the separate dissociation steps:

Reactions from top to bottom: 1. C H 4 goes to C H 3 plus H with delta H of 104 kcal. 2. C H 3 goes to C H 2 plus H with delta H of 111 kcal. 3. C H 2 goes to C H plus H with delta H of 101 kcal. 4. C H goes to C gas plus H with delta H of 81 kcal. These combine to get the reaction C H 4 goes to C gas plus C gas plus 4 H with delta H of 397 kcal at 25 degrees.

The moral is that we should try to avoid using the bond energies in Table 4-3 as a measure of ΔH0ΔH0 for the dissociation of just one bond in a polyatomic molecule. For this we need what are called bond-dissociation energies, some of which are given in Table 4-6. The values given have been selected to emphasize how structure influences bond energy. Thus, CH bond energies in alkanes decrease in the order primary >> secondary >> tertiary; likewise, CH bonds decrease in strength along the series CCH>C=CH>CCHC≡C−H>C=C−H>C−C−H.

How accurate are ΔH0 values calculated from bond energies? Generally quite good provided nonbonded interactions between the atoms are small and the bond angles and distances are close to the normal values . A few examples of calculated and experimental heats of combustion of some hydrocarbons are given in Table 4-4. Negative discrepancies represent heats of combustion smaller than expected from the average bond energies and positive values correspond to larger than expected heats of combustion.

Table of calculated and experimental heats of combustion at gaseous hydrocarbons at 25 degrees C.

Comparing isomers in Table 4-4, we see that 2-methylpropane and 2,2,3,3-tetramethylbutane give off less heat when burned than do butane and octane, and this is a rather general characteristic result of chain branching.

Cyclopropane has a ΔH0 of combustion of 27.7kcalmol−1 greater than expected from bond energies, and this clearly is associated with the abnormal CCC bond angles in the ring.

For cyclohexane, which has normal bond angles, the heat of combustion is close to the calculated value.

In this book we use kilocalories in place of the presently recommended (SI) joules for units of energy. As of the date of writing, it is not clear just how general the use of the joule will become among chemists. To convert calories to joules (or kcal to kJ), multiply by 4.184.

33You may wonder how a reaction, such as combustion of methane, can occur at 25o. The fact is that the reaction can be carried out at any desired temperature. The important thing is that the ΔH0 value we are talking about here is the heat liberated or absorbed when you start with the reactants at 25o and finish with the products at 25o. As long as ΔH0 is defined this way, it does not matter at what temperature the reaction actually occurs. Standard states for gases are 1atm1atm partial pressure. Standard states for liquids or solids usually are the pure liquid or solid at 1atm1atm external pressure.




هي أحد فروع علم الكيمياء. ويدرس بنية وخواص وتفاعلات المركبات والمواد العضوية، أي المواد التي تحتوي على عناصر الكربون والهيدروجين والاوكسجين والنتروجين واحيانا الكبريت (كل ما يحتويه تركيب جسم الكائن الحي مثلا البروتين يحوي تلك العناصر). وكذلك دراسة البنية تتضمن استخدام المطيافية (مثل رنين مغناطيسي نووي) ومطيافية الكتلة والطرق الفيزيائية والكيميائية الأخرى لتحديد التركيب الكيميائي والصيغة الكيميائية للمركبات العضوية. إلى عناصر أخرى و تشمل:- كيمياء عضوية فلزية و كيمياء عضوية لا فلزية.


إن هذا العلم متشعب و متفرع و له علاقة بعلوم أخرى كثيرة ويعرف بكيمياء الكائنات الحية على اختلاف أنواعها عن طريق دراسة المكونات الخلوية لهذه الكائنات من حيث التراكيب الكيميائية لهذه المكونات ومناطق تواجدها ووظائفها الحيوية فضلا عن دراسة التفاعلات الحيوية المختلفة التي تحدث داخل هذه الخلايا الحية من حيث البناء والتخليق، أو من حيث الهدم وإنتاج الطاقة .


علم يقوم على دراسة خواص وبناء مختلف المواد والجسيمات التي تتكون منها هذه المواد وذلك تبعا لتركيبها وبنائها الكيميائيين وللظروف التي توجد فيها وعلى دراسة التفاعلات الكيميائية والاشكال الأخرى من التأثير المتبادل بين المواد تبعا لتركيبها الكيميائي وبنائها ، وللظروف الفيزيائية التي تحدث فيها هذه التفاعلات. يعود نشوء الكيمياء الفيزيائية إلى منتصف القرن الثامن عشر . فقد أدت المعلومات التي تجمعت حتى تلك الفترة في فرعي الفيزياء والكيمياء إلى فصل الكيمياء الفيزيائية كمادة علمية مستقلة ، كما ساعدت على تطورها فيما بعد .





العتبة العباسية تقيم حفلاً بذكرى ولادة الإمام الرضا (عليه السلام) في واحات الحزام الأخضر
انطلاق الدورات القرآنية الصيفية في محافظة المثنى بمشاركة أكثر من 3000 طالب
مشاركة كوكبة من خدم العتبة الكاظمية المقدسة في دورات الأكاديمية العراقية لمكافحة الفساد
الأمانة العامة للعتبة الكاظمية المقدسة تواصل إقامة دورة الإمامين الجوادين "عليهما السلام" الثامنة