Ciepło spalania – ilość energii oddawanej do otoczenia na sposób ciepła w wyniku spalania określonej ilości substancji w ustalonych warunkach. Wartości ciepła spalania są stosowane w technice cieplnej do określania wartości opałowej paliw. W termochemii są często stosowaną podstawą obliczeń wartości ciepła różnych reakcji chemicznych na podstawie wartości ciepła spalania substratów i produktów tej reakcji.
Technika cieplna
W technice cieplnej definiuje się pojęcia ciepła całkowitego i zupełnego spalania jednostki masy paliwa (1 kg paliwa stałego lub ciekłego) lub jednostki objętości (1 Nm³ paliwa gazowego w warunkach normalnych). Spalanie jest wykonywane w stałej objętości, w bombie kalorymetrycznej. Produkty spalania są oziębiane do temperatury początkowej, a para wodna zawarta w spalinach skrapla się zupełnie. Wyniki pomiarów odnosi się do warunków standardowych i wyraża w jednostkach J/kg lub J/Nm³.
Termochemia W termochemii wartości ciepła spalania związków chemicznych odnosi się do liczby postępu reakcji Wyróżnia się ciepło spalania w stałej objętości i pod stałym ciśnieniem Jeżeli w czasie reakcji nie jest wykonywana inna praca poza pracą zmiany objętości to ciepło reakcji spalania jest równe odpowiedniej funkcji termodynamicznej – entalpii spalania lub energii wewnętrznej tej reakcji: gdy i nie jest wykonywana żadna praca: (energia wewnętrzna reakcji spalania) gdy i nie jest wykonywana inna praca, poza pracą zmiany objętości (entalpia reakcji spalania).
Wartości ciepła spalania (przykłady) + Wartości ciepła spalania węglowodorów, alkoholi i kwasów (przykłady) Węglowodory Qp [kJ/mol] Alkohole Qp [kJ/mol] Kwasy Qp [kJ/mol] Alkeny Qp [kJ/mol] 891,6 725,5 HCOOH 256,6 – – 1562,1 1368,7 878,2 1413,1 2223,3 2020,2 1540,2 2061 2882,9 2673,6 2198,9 2722,6 3541,9 3328,1 2858,8 3395,4 4200,1 3982,8 3516,2 4857,9 4638,5 4171,1 5514 5294,5 4830,2
Zastosowania standardowych wartości entalpii spalania Pomiary entalpii spalania różnych czystych związków chemicznych są stosunkowo łatwe i dokładne. Wyniki tych pomiarów (zamieszczane w tabelach charakterystyk związków) są wykorzystywane w czasie obliczania ciepła dowolnych reakcji chemicznych. Zgodnie z pierwszą zasadą termodynamiki i prawem Hessa ciepło reakcji jest równe różnicy między sumą ciepeł spalania produktów i ciepeł spalania substratów (wartości molowe pomnożone przez odpowiednie współczynniki stechiometryczne, analogicznie jak w przypadku korzystania ze standardowych ciepeł tworzenia reagentów). W ten sposób można np. obliczyć standardową entalpię reakcji syntezy ciekłego metanolu z wodoru i tlenku węgla znając standardowe entalpie spalania CO, i .
Entalpię reakcji syntezy metanu z grafitu i wodoru w wyniku reakcji:
której nie można przeprowadzić w kalorymetrze, oblicza się na podstawie trzech znanych wartości entalpii spalania grafitu, wodoru i metanu.
Symbol reakcji Równanie reakcji spalania Entalpia spalania (kJ/mol) A −393,5 B −285,9 C −890,4
Równanie reakcji tworzenia metanu (R) można otrzymać poprzez sumowanie trzech reakcji: R = A + 2B − C,
co oznacza, że istnieje hipotetyczna możliwość przeprowadzenia syntezy również taką drogą, a zgodnie z prawem Hessa ostateczna zmiana entalpii swobodnej układu byłaby taka sama. Stąd: = −393,5 + 2·(−285,9) − (−890,4) = −74,9 kJ/mol.
thumb|240px|Zasada obliczeń ciepła tworzenia metanu z pierwiastków (R) na podstawie wartości ciepeł reakcji: A – spalania grafitu, B – spalania wodoru, C – reakcji odwrotnej do spalania metanu (zastosowanie prawa Hessa) W przedstawiony sposób można obliczyć ciepła tworzenia wielu związków organicznych. W przypadkach, gdy nie są dostępne zmierzone wartości entalpii spalania węglowodorów dopuszcza się stosowanie założenia o addytywności, zgodnie z którą udział jednej grupy metylenowej w wartości wynosi w warunkach standardowych −659,17 kJ (możliwe jest obliczenie entalpii spalania dla związków szeregu homologicznego alkanów, jeżeli jest znana jedna zmierzona wartość ciepła spalania). Bardziej złożone zagadnienia pojawiają się w sytuacjach, gdy część reagentów zawiera heteroatomy (np. siarka, azot), które w produktach spalania mogą występować na różnych stopniach utleniania, często w związkach rozpuszczających się w wodzie. Niezbędne jest wówczas dokładne określenie stanu końcowego dla każdego z końcowych produktów spalania.
Przypisy Oznaczanie ciepła spalania w bombie kalorymetrycznej metodą według PN EN ISO 1716 2002; 1.4. Ciepła spalania związków chemicznych W: Materiały dydaktyczne Szkoły Głównej Służby Pożarniczej (www.sgsp.edu.pl, data dostępu = 2013-06-20).
Linki zewnętrzne na: www.instal-zed.com.pl, data dostępu: 2016-03-04
Kategoria:Termochemia Kategoria:Właściwości chemiczne