În reacția termitei $$ \ ce {2Al (s) + Fe2O3 (s) – > 2Fe (l) + Al2O3 (s)} $$ care este temperatura maximă atinsă de produse? Să presupunem reactanți la 25 $ \ \ mathrm {^ \ circ C} $ și $ 1 \ \ mathrm {atm} $ și că toate capacitățile de căldură rămân constante.
Am început prin a folosi legea lui Hess pentru a găsi schimbarea entalpiei reacției. Nu am putut găsi o căldură de formare pentru fierul lichid, așa că presupun că trebuie să aflu asta. Tocmai am scris ecuația $$ \ ce {Fe (s) + căldură + entalpia de fuziune – > Fe (s)} $$ și am găsit căldura de formare pentru fierul lichid la $ 25 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ este în jur de -302,71 $ \ \ mathrm {kJ / mol} $.
Pentru a găsi temperatura maximă am folosit $$ \ Delta H_ \ mathrm r = \ Delta T \ cdot C_ \ mathrm p (\ text {products}) $$ și am ieșit cu o ecuație precum $$ -14445 \ \ mathrm {kJ / mol} = 0,147 \ \ mathrm {kJ / (mol \ K)} \ cdot T_ \ text {max} $$ Acest lucru îmi dă o temperatură negativă, deci presupun că este greșită. Chiar dacă ar fi să iau valoarea absolută, răspunsul pare îngrozitor. Mă așteptam la ceva de câteva mii de grade, nu aproape de zece mii.
Comentarii
- Termodinamica nu va oferi niciodată o imagine completă aici: căldura reală va fi dominată de cinetica reacției și cinetica transferului de căldură la mediu. Calculele termodinamice vor da o limită superioară absolută în cel mai bun caz.
Răspuns
Conform Wikipedia temperatura maximă este de aproximativ 2500 ° C, limitată de punctul de fierbere al aluminiului, care este de 2519 ° C. Articolul oferă o discuție despre modul în care temperatura este limitată și cum se poate calcula folosind legea lui Hesse.
Răspuns
Acest lucru îmi dă o temperatură negativă, așa că presupun că este greșită.
Amintiți-vă că energia dată oprit pe măsură ce progresează o reacție exotermă este absorbit de împrejurimi. Energia potențială chimică stocată în aluminiu și rugină este transformată în energie cinetică. Sunteți interesat de $ \ Delta H_ {surr} $, care ar trebui să fie $ – \ Delta H_ {sys } $. „Sistemul” în acest caz este electronii materialelor angajate în diferite modele de legătură, iar „împrejurimile” sunt materialele în vrac.
Mă așteptam la ceva de câteva mii de grade, nu aproape de zece mii.
Aș fi de acord. Atât oxidul de aluminiu, cât și fierul se topesc și apoi fierb sub 10000 o C. Sunteți sigur că determinați $ \ Delta _f H ^ o $ din $ \ ce {Fe} (l) $ corect? Topirea este un proces endoterm (absoarbe căldura din împrejurimi).
Comentarii
- Ei bine, pentru unul am folosit un număr ridicol pentru punctul de topire al fierului . Asta combinată cu fixarea a ceea ce este negativ și a ceea ce nu este în fiecare circumstanță, primesc aproximativ 5000C, ceea ce este mai rezonabil, dar pare totuși ridicat. Tocmai aș fi putut face o altă eroare simplă
Răspuns
Ies cu o ecuație ca -14445 kJ / mol = 0.147 kJ / (mol K) * maxT
Este greșit. $ C_p $ este dependent de temperatură, deci trebuie să utilizați o ecuație mai sofisticată cu integrale. Mai mult, părțile pentru încălzirea fazelor lichide și solide vor fi diferite.
Comentarii
- Această întrebare presupune că Cp nu este dependent de temperatură în intervalele de temperatură date
- Ei bine … Este greșit. Și din nou, trebuie să contăm cel puțin faptul că reacția dă produse parțial topite, ceea ce reduce și efectul general.
Răspuns
Există multe tipuri diferite de compoziții de termite, deși cea mai ieftină formă este pe bază de aluminiu, în timp ce ai putea avea ca sursă de combustibil magneziu, titan, zinc, siliciu și bor. Oxidanții pot varia, de asemenea, de la oxid de bismut (III), oxid de bor (III), oxid de siliciu (IV), oxid de crom (III), oxid de mangan (IV), oxid de fier (III), oxid de fier (I, III), oxid de cupru (II) sau oxid de plumb (II, IV).
Majoritatea compozițiilor de termite ard la aproximativ 4.000 de grade, totuși, odată declanșată, reacția nu poate fi oprită până când nu s-a consumat tot combustibilul și oxidanții.