De reactiewarmte (ook wel reactie-energie genoemd, aangeduid als ΔHreactie of ΔE) is de totale energie die vrijkomt of nodig is bij een chemische reactie.
Je berekent de reactiewarmte met behulp van de vormingsenthalpieën (of vormingswarmten) van de stoffen die bij de reactie betrokken zijn. Dit principe staat bekend als de Wet van Hess. De Wet van Hess stelt dat de totale energieverandering van een reactie altijd hetzelfde is, ongeacht de stappen die je neemt om van beginstoffen naar producten te komen.
De algemene formule hiervoor is:
ΔHreactie∘=∑nΔHf∘(producten)−∑mΔHf∘(reactanten)
Hierbij geldt:
- ΔHreactie∘ is de standaard reactiewarmte (of reactie-enthalpie).
- ΔHf∘ is de standaard vormingsenthalpie (of vormingswarmte) van een stof. Dit is de energie die nodig is of vrijkomt bij de vorming van 1 mol van die stof uit de elementen in hun meest stabiele toestand.
- n staat voor de stoichiometrische coëfficiënt van de producten (de getallen voor de stoffen na de pijl in de reactievergelijking).
- m staat voor de stoichiometrische coëfficiënt van de reactanten (de getallen voor de beginstoffen voor de pijl in de reactievergelijking).
Belangrijke punten om te onthouden:
- De vormingsenthalpieën van elementen in hun meest stabiele toestand (zoals O2, H2, N2, Cu (vast)) zijn altijd nul.
- Je moet de vormingsenthalpie van elke stof vermenigvuldigen met de bijbehorende stoichiometrische coëfficiënt uit de reactievergelijking.
- De waarden voor de standaard vormingsenthalpieën kun je vinden in een informatieboek, zoals Binas tabel 57 (specifiek 57A en 57B). Let hierbij goed op de fase van de stof (vast (s), vloeibaar (l) of gas (g)) en de vermenigvuldigingsfactor (10x) die bovenaan de kolom staat.
Voorbeeld: Berekening van een onbekende vormingswarmte met de Wet van Hess
Stel, je wilt de vormingswarmte van melkzuur (C3H6O3(s)) berekenen. Je weet de verbrandingsreactie en de verbrandingswarmte van melkzuur.
De verbrandingsreactie van melkzuur is:
2C3H6O3(s)+7O2(g)→6CO2(g)+6H2O(l)
Stap 1: Bepaal de totale reactiewarmte (ΔHreactie) voor de gegeven reactie.
- Zoek de verbrandingswarmte van melkzuur (lactaat) op in Binas tabel 56. Deze is −1339 kJ mol−1 (let op de factor 102 bovenaan de kolom).
- In de reactievergelijking reageert 2 mol melkzuur.
- De totale reactiewarmte voor deze specifieke reactie is:
ΔHreactie=2 mol×(−1339 kJ mol−1)=−2678 kJ
Stap 2: Zoek de vormingswarmten (ΔHf) van de andere stoffen op in Binas tabel 57B.
- Let goed op de fase (g, l, s) en de vermenigvuldigingsfactor (10x) bovenaan de kolom.
- Voor CO2(g): −393,5 kJ mol−1 (afgelezen als −3,935×102)
- Voor H2O(l): −286 kJ mol−1 (afgelezen als −2,86×102 of −2,86×105 J mol−1 omgerekend naar kJ mol−1)
- Voor O2(g): 0 kJ mol−1 (element in stabiele toestand)
- De vormingswarmte van melkzuur (C3H6O3(s)) is onze onbekende, die noemen we X.
Stap 3: Bereken de som van de vormingswarmten van de reactieproducten.
- De producten zijn 6CO2(g) en 6H2O(l).
- Som producten = (6×ΔHf,CO2(g))+(6×ΔHf,H2O(l))
- Som producten = (6×−393,5 kJ)+(6×−286 kJ)
- Som producten = −2361 kJ+(−1716 kJ)
- Som producten = −4077 kJ
Stap 4: Bereken de som van de vormingswarmten van de beginstoffen.
- De beginstoffen zijn 2C3H6O3(s) en 7O2(g).
- Som beginstoffen = (2×ΔHf,C3H6O3(s))+(7×ΔHf,O2(g))
- Som beginstoffen = (2×X)+(7×0 kJ)
- Som beginstoffen = 2X kJ
Stap 5: Vul alle berekende sommen in de Wet van Hess-formule in.
ΔHreactie=Som producten−Som beginstoffen
−2678 kJ=−4077 kJ−(2X kJ)
Stap 6: Los de vergelijking op voor X.
- Breng de bekende getallen naar één kant van de vergelijking:
−2678=−4077−2X
2X=−4077+2678
2X=−1399
- Deel door 2 om X te vinden:
X=2−1399
X=−699,5 kJ mol−1
De vormingswarmte van melkzuur (C3H6O3(s)) is dus −699,5 kJ mol−1.
Scheikunde