I. Phản Ứng Tỏa Nhiệt và Phản Ứng Thu Nhiệt
Phản ứng hóa học có thể giải phóng hoặc hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt. Chúng ta phân loại chúng thành hai loại chính:
-
Phản ứng tỏa nhiệt: Là phản ứng giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt ra môi trường. Nhiệt độ của môi trường xung quanh tăng lên.
-
Phản ứng thu nhiệt: Là phản ứng hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt từ môi trường. Nhiệt độ của môi trường xung quanh giảm xuống.
II. Biến Thiên Enthalpy của Phản Ứng
1. Biến Thiên Enthalpy (Nhiệt Phản Ứng)
Nhiệt Lượng Tỏa Ra Hay Thu Vào Của Phản ứng ở Một điều Kiện Xác định được Gọi Là biến thiên enthalpy của phản ứng, hay còn gọi là nhiệt phản ứng.
-
Khái niệm: Biến thiên enthalpy của phản ứng (nhiệt phản ứng) là nhiệt lượng tỏa ra hoặc thu vào của phản ứng ở điều kiện áp suất không đổi.
-
Kí hiệu: ΔrH
-
Phương trình nhiệt hóa học: Phương trình hóa học kèm theo trạng thái của các chất và giá trị ΔrH được gọi là phương trình nhiệt hóa học.
2. Biến Thiên Enthalpy Chuẩn
-
Khái niệm: Biến thiên enthalpy chuẩn là nhiệt tỏa ra hoặc thu vào của phản ứng được xác định ở điều kiện chuẩn: áp suất 1 bar (đối với chất khí), nồng độ 1 mol/L (đối với chất tan trong dung dịch) và nhiệt độ thường được chọn là 25°C (298 K).
-
Kí hiệu: ΔrHo298
3. Ý Nghĩa của Biến Thiên Enthalpy
- ΔrH > 0: phản ứng thu nhiệt. Phản ứng cần cung cấp năng lượng để xảy ra.
- ΔrH < 0: phản ứng tỏa nhiệt. Phản ứng giải phóng năng lượng ra môi trường.
Alt text: Biểu diễn trực quan về biến thiên enthalpy. Bên trái, enthalpy tăng (ΔH > 0) cho thấy phản ứng thu nhiệt, cần năng lượng đầu vào. Bên phải, enthalpy giảm (ΔH < 0) biểu thị phản ứng tỏa nhiệt, giải phóng năng lượng.
- Giá trị tuyệt đối của biến thiên enthalpy càng lớn thì nhiệt lượng tỏa ra hay thu vào của phản ứng càng nhiều. Điều này cho biết mức độ mạnh mẽ của phản ứng về mặt năng lượng.
III. Tính Biến Thiên Enthalpy của Phản Ứng Theo Nhiệt Tạo Thành
1. Khái Niệm Nhiệt Tạo Thành
- Nhiệt tạo thành (ΔfH) của một chất là biến thiên enthalpy của phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất ở dạng bền vững nhất, ở một điều kiện xác định.
- Nhiệt tạo thành chuẩn (ΔfHo298) là nhiệt tạo thành ở điều kiện chuẩn (298 K và 1 bar).
- Nhiệt tạo thành chuẩn của các đơn chất ở dạng bền vững nhất bằng 0.
Alt text: Sơ đồ minh họa nhiệt tạo thành chuẩn của một hợp chất. Các đơn chất bền vững (ví dụ: C, H2, O2) kết hợp để tạo thành 1 mol hợp chất, với sự thay đổi enthalpy là nhiệt tạo thành chuẩn (ΔfH°).
2. Tính Biến Thiên Enthalpy của Phản Ứng Theo Nhiệt Tạo Thành
Biến thiên enthalpy của phản ứng được xác định bằng hiệu số giữa tổng nhiệt tạo thành các chất sản phẩm (sp) và tổng nhiệt tạo thành của các chất đầu (cđ).
Ở điều kiện chuẩn:
ΔrHo298 = Σ ΔfHo298(sp) – Σ ΔfHo298(cđ)
Công thức này cho phép chúng ta tính toán biến thiên enthalpy của một phản ứng dựa trên nhiệt tạo thành chuẩn của các chất tham gia và sản phẩm, giúp dự đoán phản ứng tỏa nhiệt hay thu nhiệt và mức độ nhiệt lượng liên quan.
Alt text: Công thức tính biến thiên enthalpy của phản ứng (ΔrH°) bằng hiệu tổng nhiệt tạo thành chuẩn của các sản phẩm (ΣΔfH°(sp)) trừ đi tổng nhiệt tạo thành chuẩn của các chất đầu (ΣΔfH°(cđ)).
