exothermic+and+endothermic+ · 10/30/2019 · exothermic+and+endothermic+ • example:) •...
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Exothermic+and+Endothermic+• Example:)• When)carbon)powder)combusts)
in)oxygen)gas,)393.5)kJ)of)energy)is)released)in)an)open)system.)! the)balanced)equation)for)the)
reaction,)including)ΔH)! the)thermochemical)equation)! exothermic)or)endothermic?)! potential)energy)diagram)for)
the)reaction)! chemical)formula)for)the)
activated)complex)! why)there)is)an)activation)
energy)! 3)different)ways)to)speed)up)
the)reaction)(besides)adding)a)catalyst))
! 2)different)ways)to)measure)the)reaction)rate)
C -- - 02
"E
- -
II OH
Rxn progress
CLS) t 02cg ) → CO2Lg)
DH = - 393 - 5kJ
Ccs) t 02cg , → 2cg) t393 . 5KJ
EXO
Due to repulsion of ve-
from C and Oz
TSA C (powder ) , TT, TP ( by addingmore
Oz or H V )
* mass of system , I mass of Ccs)
Factors(Affec?ng(Rate(• Example:)List)three%methods)(other)than)adding)a)catalyst))that)would)increase)the)reaction)rate)for)each)of)the)following)reactions:))
)• 4Na(s))+)O2(g))!)2Na2O(s))+)heat)
• NH4Cl(aq))!)NH3(aq))+)HCl(aq);)ΔH>0)
• 8Fe(s))+)S8(s))!)8FeS(s);)ΔH)=)L230.kJ)
Factors(Affec?ng(Rate(• 4Na(s))+)O2(g))!)2Na2O(s))+)heat)
• NH4Cl(aq))!)NH3(aq))+)HCl(aq))
)• 8Fe(s))+)S8(s))!)8FeS(s);)ΔH)=)L230.kJ)
RSA of Na
TIP of Oz ( add more Oz )
TT
TIENHill ] ( add more NH4C1 )
T T
ASA of Fe
TSA of S
T T
Adding(Catalyst/(Inhibitor(• Addition)of)catalyst)causes)Ea)to)be)lower.)Molecules)will)choose)to)take)the)“low)energy”)pathway)to)turn)into)products.)
• Inhibitor)works)in)the)opposite)way.)A
Catalyst(• Catalyst)provides)an)alternate)pathway)for)molecules)to)react)(it)changes)the)reaction%mechanism))
• The)catalytic)pathway)has)a)lower%activation%energy%%
• The)catalyst)is)actively)involved)in)the)reaction,)consumed)at)some)point,)and)then)regenerated)
• The)catalyst)usually)does)not)appear)in)the)overall)chemical)reaction)as)reactant)or)product.)
)
Catalyst(and(Boltzmann(Distribu?on(curve(
Fraction)of)Molecules)
Kinetic)Energy) Ea(uncatalyzed))
Ea(catalyzed))(inhibitor)
Ea
|oo÷$s-
Catalyst(and(PE(diagram(Potential)Energy)(kJ))
Reaction)Progress)
Ea)(uncatalyzed))Ea)(catalyzed))
• Catalyst%speeds)up)BOTH)forward)and)reverse)reaction.)
)
-
O
Catalysts(• Examples)of)catalysts)and)what)they)do:)• )Heterogenous)catalysts)(provides)a)surface)area)for)molecules)to)attach)[adsorb])and)react))" Platinum,)Palladium,)and)Nickel)are)examples)• Catalytic%converters)in)cars)uses)platinum)and)other)transition)metals)to)convert)exhaust)(nitrogen)dioxide,)carbon)monoxide,)etc))into)less)harmful)gases)(like)nitrogen)gas,)carbon)dioxide))• Hydrogenation)of)alkenes)into)alkanes)(production)of)saturated)fats,)solid)shortenings))
⑦
-
C-→CnHzn
↳ cnttzntz
Catalysts(• )Homogeneous%catalysts)(same)phase)as)reactant)molecules))" Pollutants%(nitric%oxide,%CFCs%[chloro?luorocarbons])%that)either)produce)or)destroy)ozone.))• Nitric)oxide)catalyzes)the)production)of)O3)(ozone))in)the)lower)atmosphere)(sea)level).)Ozone)is)a)respiratory)irritant,)and)high)levels)can)be)toxic.)• CFCs)(which)produce)chlorine)atoms))break)down)ozone)in)the)upper)atmosphere.)Ozone)is)necessary)to)protect)us)against)UV)rays.))
②
-
✓ gas ✓ gas
Catalysts(" %AcidCcatalysis%in)organic)reactions)are)extremely)common.)For)example,)the)esteri^ication)of)alcohol)and)carboxylic)acids)require)an)acid)to)make)the)rate)appreciable)at)room)temperature.)
" )Enzymes%in%our%bodies)speed)up)many)reactions)that)without,)we)should)die)• The)general)mechanism)for)this)is)
!+"→!")!"#→!+#)
• Where)S)is)the)substrate)(reactant),)E)the)enzyme,)and)P)the)product)
• When)[S])is)low,)rate)law)is)^irstLorder)• When)[S])is)high,)rate)law)is)zerothLorder)
Factors(Affec?ng(Rate…((State%considera-on%
• There)are)additional)factors)that)determine)how)fast)a)reaction)may)go:)1. The)phase)of)the)reaction)in^luence)how)fast)
the)reaction)goes:)" )Aqueous)reactions)are)the)fastest)due)to)ions)having)electrostatic)attraction)and)water)helps)break)apart)reactant)bonds)
" Gases)react)faster)than)liquids,)which)react)faster)than)solids)due)to)molecular)speeds)and)energy)(gases)have)highest)energy))
aq%>>%g%>%l%>%s% %(general%trend)%
Factors(Affec?ng(Rate(• Examples:)
" )Precipitation)reactions)between)lead)nitrate)and)sodium)chloride)occur)almost)instantaneously.))
))" )Rusting)of)iron)(reaction)between)solid)iron)and)oxygen)gas))takes)much)longer.)
)
Nature(of(Reactant(Effect%• Final)factor)to)consider)is)the)complexity)of)molecules)(“nature)of)reactants”))
)Large)and)complex)molecules)have)a)smaller)chance)of)colliding)in)the)correct)orientation)due)to)geometry))• Example:)
" )Organic)reactions)tend)to)take)much)longer)due)to)having)many)carbon)and)hydrogen)atoms)that)are)in)the)way)of)the)reaction)site)
" )Electrochemical)reactions)(ones)that)transfer)eL))can)happen)quite)quickly)because)all)that)needs)to)happen)is)for)an)eL)to)transfer)from)one)reactant)to)the)other)
Nature(of(Reactant(Effect(Some)elements)just)react)faster)than)others)
• Elements)in)the)same)family)may)react)similarly)due)to)having)similar)properties,)but)the)speeds)can)vary)• Example:)
" )All)alkali)metals)react)strongly)with)water)to)produce)hydrogen)gas.)However,)Rb)and)Cs)react)signi^icantly)faster)than)Li)and)Na)(even)though)these)are)dangerous)already!))
Nature(of(Reactant(Effect(Some)bonds)are)stronger)than)others))
)• It)requires)more)energy)to)break)stronger)and)shorter)bonds.)• Example:)
" 3O2)⇌)2O3)• Forward)reaction)is)expected)to)be)slower)as)O2)has)bond)order)2)which)requires)more)energy)to)break,)compared)to)breaking)a)bond)with)bond)order)1.5)in)O3.)
1.)Predict)which)reaction/trial)would)complete)the)fastest)and)which)slowest)))
Trial%#% Concentration%of%hydrogen%gas%
Phase%and%condition%of%unsaturated%fat%
Temperature% Catalyst%used% Fatty%acid%used%
1% 1.0)M( Liquid( 300oC( Nickel( C10(2% 1.0)M( Solid,)powder( 300oC( Platinum( C20(3% 0.10)M( Solid,)chunks( 200oC( Platinum( C20(4% 0.010)M( Solid,)chunks( 200oC( Platinum( C20(
✓Fastest
0 ;r
ir
r
o:
(slowest
2.)A)5th)trial)was)performed)with)the)following)conditions:)What)could)explain)why)trial)4)was)faster)than)trial)5?)))
Trial%#% Concentration%of%hydrogen%gas%
Phase%and%condition%of%unsaturated%fat%
Temperature% Catalyst%used% Fatty%acid%used%
1% 1.0)M( Liquid( 300oC( Nickel( C10(2% 1.0)M( Solid,)
powder(300oC( Platinum( C20(
3% 0.10)M( Solid,)chunks(
200oC( Platinum( C20(
4% 0.010)M( Solid,)chunks(
200oC( Platinum( C20(
5% 10.0%M% Liquid% 500oC% Platinum% CC30%
A↳ dueto sizeof
✓
✓ v v
3.)Do)we)expect)a)10oC)increase)in)trial)#1)to)double)the)rate)of)reaction?)Why)or)why)not?))Trial%#% Concentration%of%
hydrogen%gas%Phase%and%condition%of%
unsaturated%fat%
Temperature% Catalyst%used% Fatty%acid%used%
1% 1.0)M( Liquid( 300oC( Nickel( C10(2% 1.0)M( Solid,)
powder(300oC( Platinum( C20(
3% 0.10)M( Solid,)chunks(
200oC( Platinum( C20(
4% 0.010)M( Solid,)chunks(
200oC( Platinum( C20(
5% 10.0%M% Liquid% 500oC% Platinum% CC30%
/Tors
low
rxn1
true .
No , ble rxn is expectedtobe already fast .
1. What)is)the)change)in)enthalpy)of)the)forward)reaction?)2. What)is)the)activation)energy)of)the)reverse)reaction?)3. What)is)the)energy)of)the)activated)complex)in)the)catalyzed)reaction?))4. Is)the)reverse,)catalyzed)reaction)exothermic)or)endothermic?)
→+20KJ
→- 20KJ
80 KJ (not 60KJwhich is Ea)
Exothermic