Nella reazione della termite $$ \ ce {2Al (s) + Fe2O3 (s) – > 2Fe (l) + Al2O3 (s)} $$ qual è la temperatura massima raggiungibile dai prodotti? Assumi i reagenti a $ 25 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ e $ 1 \ \ mathrm {atm} $ e che tutte le capacità termiche rimangano costanti.
Ho iniziato usando la legge di Hess per trovare la variazione di entalpia della reazione. Non sono riuscito a trovare un calore di formazione per il ferro liquido, quindi presumo di doverlo scoprire. Ho appena scritto lequazione $$ \ ce {Fe (s) + calore + entalpia di fusione – > Fe (s)} $$ e ho calcolato il calore di formazione del ferro liquido a $ 25 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ è circa $ -302,71 \ \ mathrm {kJ / mol} $.
Per trovare la temperatura massima ho usato $$ \ Delta H_ \ mathrm r = \ Delta T \ cdot C_ \ mathrm p (\ text {products}) $$ e sono uscito con unequazione come $$ -14445 \ \ mathrm {kJ / mol} = 0.147 \ \ mathrm {kJ / (mol \ K)} \ cdot T_ \ text {max} $$ Questo mi dà una temperatura negativa, quindi presumo che sia sbagliato. Anche se dovessi prendere il valore assoluto, la risposta sembra terribilmente alta. Mi aspettavo qualcosa intorno a poche migliaia di gradi non vicino a diecimila.
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- La termodinamica non darà mai un quadro completo qui: il calore effettivo sarà dominato dalla cinetica della reazione e dalla cinetica del trasferimento di calore per lambiente. I calcoli termodinamici forniranno un limite massimo assoluto nella migliore delle ipotesi.
Risposta
Secondo Wikipedia la temperatura massima è di circa 2500 ° C, limitata dal punto di ebollizione dellalluminio, che è 2519 ° C. Larticolo fornisce alcune discussioni su come la temperatura è limitata e su come calcolarla utilizzando la legge di Hesse.
Answer
Questo mi dà una temperatura negativa, quindi presumo che sia sbagliata.
Ricorda che lenergia data mentre una reazione esotermica progredisce viene assorbita dallambiente circostante. Lenergia potenziale chimica immagazzinata nellalluminio e nella ruggine viene convertita in energia cinetica. Sei interessato a $ \ Delta H_ {surr} $, che dovrebbe essere $ – \ Delta H_ {sys } $. Il “sistema” in questo caso sono gli elettroni dei materiali impegnati in vari schemi di legame e gli “dintorni” sono i materiali sfusi.
Mi aspettavo qualcosa intorno a poche migliaia di gradi, non vicino a diecimila.
Sono daccordo. Sia lossido di alluminio che il ferro si sciolgono e poi bollono sotto i 10000 o C. Sei sicuro di aver determinato $ \ Delta _f H ^ o $ di $ \ ce {Fe} (l) $ correttamente? Lo scioglimento è un processo endotermico (assorbe calore dallambiente circostante).
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- beh per uno ho usato un numero ridicolo per il punto di fusione del ferro . Ciò combinato con la correzione di ciò che è negativo e ciò che non lo è in ogni circostanza, sto ottenendo circa 5000 ° C, che è più ragionevole ma sembra comunque alto. Avrei potuto semplicemente commettere un altro semplice errore
Risposta
Sto uscendo con unequazione come -14445 kJ / mol = 0,147 kJ / (mol K) * maxT
È sbagliata. $ C_p $ dipende dalla temperatura, quindi devi usare unequazione più sofisticata con gli integrali. Inoltre, le parti per il riscaldamento della fase liquida e solida saranno diverse.
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- Questa domanda presuppone che Cp non dipenda dalla temperatura negli intervalli di temperatura indicati
- Beh … è sbagliato. E ancora, bisogna contare almeno il fatto che la reazione dà prodotti parzialmente fusi, il che riduce anche leffetto complessivo.
Risposta
Ci sono molti diversi tipi di composizioni di termite sebbene la forma più economica sia a base di alluminio, mentre potresti avere magnesio, titanio, zinco, silicio e boro come fonte di combustibili. Gli ossidanti possono anche variare da ossido di bismuto (III), ossido di boro (III), ossido di silicio (IV), ossido di cromo (III), ossido di manganese (IV), ossido di ferro (III), ossido di ferro (I, III), ossido di rame (II) o ossido di piombo (II, IV).
La maggior parte delle composizioni di termite brucia a circa 4.000 gradi, tuttavia una volta iniziata la reazione non può essere interrotta finché tutto il combustibile e gli ossidanti non sono stati esauriti.