Na reação termite $$ \ ce {2Al (s) + Fe2O3 (s) – > 2Fe (l) + Al2O3 (s)} $$ qual é a temperatura máxima atingível pelos produtos? Suponha que os reagentes estejam em $ 25 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ e $ 1 \ \ mathrm {atm} $ e que todas as capacidades de calor permaneçam constantes.
Comecei usando a lei de Hess para encontrar a mudança de entalpia da reação. Não consegui encontrar um calor de formação para o ferro líquido, então presumo que preciso descobrir isso. Acabei de escrever a equação $$ \ ce {Fe (s) + calor + entalpia de fusão – > Fe (s)} $$ e calculei o calor de formação do ferro líquido em $ 25 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ é cerca de $ -302,71 \ \ mathrm {kJ / mol} $.
Para encontrar a temperatura máxima, usei $$ \ Delta H_ \ mathrm r = \ Delta T \ cdot C_ \ mathrm p (\ text {produtos}) $$ e obtive uma equação como $$ -14445 \ \ mathrm {kJ / mol} = 0,147 \ \ mathrm {kJ / (mol \ K)} \ cdot T_ \ text {max} $$ Isso me dá uma temperatura negativa, então presumo que esteja errado. Mesmo se eu pegasse o valor absoluto, a resposta parece terrivelmente alta. Eu esperava algo em torno de alguns milhares de graus, não perto de dez mil.
Comentários
- A termodinâmica nunca dará uma imagem completa aqui: o calor real será dominado pela cinética da reação e pela cinética da transferência de calor Para o ambiente. Os cálculos termodinâmicos fornecerão, na melhor das hipóteses, um limite superior absoluto.
Resposta
De acordo com Wikipedia a temperatura máxima é de aproximadamente 2500 ° C, limitada pelo ponto de ebulição do alumínio, que é 2519 ° C. O artigo fornece uma discussão sobre como a temperatura é limitada e como calculá-la usando a lei de Hesse.
Resposta
Isso me dá uma temperatura negativa, então presumo que esteja errado.
Lembre-se de que a energia fornecida à medida que uma reação exotérmica progride, é absorvida pelos arredores. A energia potencial química armazenada no alumínio e na ferrugem é convertida em energia cinética. Você está interessado em $ \ Delta H_ {surr} $, que deve ser $ – \ Delta H_ {sys } $. O “sistema”, neste caso, são os elétrons dos materiais envolvidos em vários padrões de ligação e os “arredores” são os materiais a granel.
Eu esperava algo em torno de alguns milhares de graus, não perto de dez mil.
Concordo. Tanto o óxido de alumínio quanto o ferro derretem e fervem abaixo de 10.000 o C. Tem certeza de que está determinando $ \ Delta _f H ^ o $ de $ \ ce {Fe} (l) $ corretamente? A fusão é um processo endotérmico (absorve o calor do ambiente).
Comentários
- bem para um, usei um número ridículo para o ponto de fusão do ferro . Isso combinado com consertar o que é negativo e o que não é em cada circunstância, estou recebendo cerca de 5000 C, o que é mais razoável, mas ainda parece alto. Eu poderia ter cometido outro erro simples
Resposta
Estou apresentando uma equação como -14445 kJ / mol = 0,147 kJ / (mol K) * maxT
Está errado. $ C_p $ é dependente da temperatura, então você tem que usar uma equação mais sofisticada com integrais. Além disso, as peças para aquecimento de fases líquidas e sólidas serão diferentes.
Comentários
- Esta questão assume que o Cp não é dependente da temperatura nas faixas de temperatura fornecidas
- Bem … está errado. E, novamente, é preciso contar pelo menos o fato de que a reação dá produtos parcialmente derretidos, o que também reduz o efeito geral.
Resposta
Existem muitos tipos diferentes de composições de termite, embora a forma mais barata seja à base de alumínio, embora você possa ter magnésio, titânio, zinco, silício e boro como fontes de combustível. Os oxidantes também podem variar de óxido de bismuto (III), óxido de boro (III), óxido de silício (IV), óxido de cromo (III), óxido de manganês (IV), óxido de ferro (III), óxido de ferro (I, III), óxido de cobre (II) ou óxido de chumbo (II, IV).
A maioria das composições de termite queima em torno de 4.000 graus, no entanto, uma vez iniciada a reação não pode ser interrompida até que todo o combustível e oxidantes tenham sido gastos.