Chemische Reaktion, die aus 2-3 einfachen flüssigen Zutaten viel Wärme erzeugen kann?
On Februar 18, 2021 by adminHaben Sie ein Experiment, das ich mit thermoelektrischer Energie ausprobieren möchte, und ich möchte die Wärme durch eine einfache chemische Reaktion erzeugen. Idealerweise möchte ich 2 Flüssigkeiten miteinander mischen (eine davon ist Wasser oder Alkohol wäre großartig), die einige Minuten oder länger eine Temperatur von etwa kochendem Wasser erreichen können. Nebenprodukte müssen nur andere Flüssigkeiten sein, die leicht abgelassen werden können, oder Gase, die leicht abfließen können sind nicht gefährlich für Menschen. Keine festen Abfälle und nicht ätzend / krebserregend / ätzend.
Bisher habe ich eine gefunden, die meinen Bedürfnissen entspricht, aber dennoch ein festes Abfallprodukt produziert und nicht besonders sicher ist, nämlich Calciumoxid + Wasser -> Calciumhydroxid + Wärme. Dies könnte funktionieren, wenn es eine andere Flüssigkeit gibt, die ich nach der Hauptreaktion hinzufügen könnte, um das Calciumhydroxid in eine Flüssigkeit zur Entsorgung umzuwandeln.
Kommentare
- Ich denke, das Hilfreichste, was ich hier sagen kann, ist, dass dies unsicher erscheint.
- Es wäre nur unsicher, wenn es nicht ' wäre Ich passe nicht zu meinen Anforderungen. Die Reaktion würde in einem Becherglas stattfinden, das von einem thermoelektrischen Netz umgeben ist, und sobald die Reaktion abgeschlossen ist, würde sie zur sicheren Entsorgung in einen anderen Tank abgelassen.
- Konzentrierte Schwefelsäure plus Wasser würden einen großartigen Job machen. Es würde Ihre leicht töten oder auch Ihre Augen ausstechen.
- Ich ' habe lange genug im Labor gearbeitet, um zu wissen, ob Sie eine so große Exotherme erzeugen dass Sie hoffen, daraus eine nachhaltige, nutzbare elektrische Energie, ein Becherglas und ein Netz zu gewinnen, ist nicht einmal annähernd als Eindämmung zu zählen.
- Guter Punkt! Schauen Sie sich die Chemiker an, was verwenden sie, wenn sie Zugang zu all diesen ausgefallenen Reagenzien haben und intensive, aber kontrollierbare Wärme erzeugen möchten? Elektrische Heizung , die ' ist was.
Antwort
Wenn Sie Zugang zu einem Lagerraum haben, müssen Sie zunächst zwei Lösungen mischen: (1) NaOH; (2) HCl. Dies kann viel Wärme freisetzen, wenn Ihre Lösungen ausreichend konzentriert sind, und es bildet Salzwasser, wenn Ihre NaOH und HCl die gleiche Molarität haben.
Bearbeiten: Ich bin in der Mittagspause, also habe ich ein bisschen nachgerechnet …
Die chemische Reaktion, die in diesem Fall von Interesse ist, ist:
$$ \ ce {OH- + H + – > H2O} $$
Der Standard Bildungsenthalpien ( $ \ Delta H_ \ mathrm f ^ \ circ $ ) dieser Arten sind:
$$ \ begin {array} {lr} \ hline \ text {Species} & ΔH_ \ mathrm f ^ \ circ / \ pu {kJ mol-1} \\ \ hline \ ce {OH-} & -229,99 \\ \ ce {H +} & 0,00 \\ \ ce {H2O} & -288.83 \\ \ hline \ end {array} $$
Die Enthalpieänderung für die Reaktion lautet also:
$$ \ Delta H ^ \ circ = -288,83 \ \ mathrm {kJ / mol} – (-229,99 \ \ mathrm {kJ / mol} +0 \ \ mathrm {kJ / mol}) = -58,84 \ \ mathrm {kJ / mol} $$
Daher gilt für $ 1 \ \ mathrm {mol} $ von $ \ c e {NaOH} $ + $ 1 \ \ mathrm {mol} $ von $ \ ce {HCl} $ erhalten Sie $ 58.84 \ \ mathrm {kJ} $ Wärme. Angenommen, Sie möchten genügend Wärme abgeben, um die Netzlösung auf $ 100 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ zu bringen.
Wasser hat eine Wärmekapazität von $ 4,18 \ \ mathrm {J / (g \ ^ \ circ C)} $ . Angenommen, Sie haben $ 1 \ \ mathrm L $ von $ \ ce {NaOH} $ + $ 1 \ \ mathrm L $ von $ \ ce {HCl} $ , Sie benötigen genug Wärme, um die Temperatur von zu erhöhen $ 2 \ \ mathrm L $ Wasser zu $ 100 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ . I. „Ich gehe davon aus, dass das Wasser bei $ 25 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ beginnt, also haben Sie $ 2 \, 000 \ \ mathrm g $ und $ 75 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ .
$$ 4,18 \ \ mathrm {J / (g \ ^ \ circ C)} \ cdot 2 \, 000 \ \ mathrm g \ cdot 75 \ \ mathrm {^ \ circ C} = 62 \, 700 \ \ mathrm J = 62,7 \ \ mathrm {kJ} $$
Wie viele Mol $ \ ce {NaOH} $ + $ \ ce {HCl} $ Benötigen Sie für so viel Wärme?
$$ \ frac {q} {\ Delta H ^ \ circ} = \ frac {62,7 \ \ mathrm {kJ}} {58,84 \ \ mathrm { kJ / mol}} = 1.065 \ \ mathrm {mol} $$
Das würde bedeuten, dass Sie $ 1 \ \ mathrm L $
Dies ist möglicherweise etwas falsch, da ich einige Annahmen getroffen habe:
- $ \ Delta H ^ \ circ $ ist in Bezug auf die Temperatur von $ 25 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ bis $ 100 \ \ mathrm konstant {^ \ circ C} $ . Dies ist möglicherweise nicht der Fall.
- Die in Wasser gelösten Salze beeinflussen die Wärmekapazität nicht wesentlich.
- Sie haben $ 2 \, 000 \ \ Mathrm g $ Wasser in $ 1.065 \ \ Mathrm M $ $ \ ce {NaOH} $ + $ 1.065 \ \ mathrm M $ $ \ ce {HCl} $
Ich denke, das könnte Sie jedoch näher bringen? Ich bin ein bisschen überrascht, dass die Molaritäten nicht höher sind … Es ist zumindest ein Ausgangspunkt.
Haftungsausschluss natürlich: Seien Sie vorsichtig mit dem $ \ ce {NaOH} $ + $ \ ce {HCl} $ soluti Sie können gefährlich sein. Verwenden Sie geeignete Protokolle für Chemiehygienemaschinen. Die Mischung sollte gutartig sein, aber Sie sollten dies mit pH-Papier bestätigen.
Kommentare
- Dies ist interessant, Salzwasser wäre ein feines Abfallprodukt, obwohl ich mir nur Sorgen mache, dass es schädlich ist oder Salzansammlungen in der Region verursacht Schlauch zur Entsorgung.
- Abhängig von der Einrichtung, in der Sie sich befinden ', können Sie an einigen Stellen neutralisierte Säure / Base-Lösungen in der Spüle entsorgen, solange Die Säuren und Basen sind gutartig und der pH-Wert beträgt ~ 7. (Quelle: So hat es in 2 meiner 3 Institutionen funktioniert.) Ihr Lagerverwalter oder Assistent sollte es Ihnen sagen können.
- Ich habe gerade Ihren vorherigen Kommentar darüber gesehen, was Sie mit Schlauch gemeint haben: NaCl ist unglaublich wasserlösliches. Wenn Sie ' sehr besorgt sind, können Sie das System zwischen den Experimenten 1-2x mit DI-Wasser spülen, um eventuell zurückgebliebenes Salz zu entfernen.
- Das ist großartig Vielen Dank für die Erweiterung der Antwort.
- Mein Institut erlaubte sogar, mehr konzentrierte Säuren in den Abfluss zu gießen, da wir einen Neutralisator im Keller hatten.
Antwort
Wie Zhe sagt, ist dies nicht sicher. In Ihrer Frage wird das „Ablassen“ von Chemikalien erwähnt, als ob es in Ordnung wäre, Chemikalien in den Abfluss oder aus dem Abfluss zu werfen auf dem Boden. Es ist nicht so. Welche mögliche Verbindung zwischen einer exothermen chemischen Reaktion und einem Experiment in der Thermoelektrik besteht, kann ich mir nicht vorstellen. Verwenden Sie eine Kochplatte. Hier „ein Hinweis: Das Erhitzen von Wasser auf seinen Siedepunkt erfordert viel Energie (pro Gramm). Ein anderer Name für eine chemische Reaktion, die viel Energie erzeugt, ist“ eine Explosion „. Ich kann mir nichts vorstellen, was jemand denkt „Wenn es flüssig ist, kann ich es einfach in den Abfluss werfen“ wäre sicher zu implementieren.
Kommentare
- Die Chemikalien nicht ' entspricht nicht meinen Anforderungen, wenn es ' nicht in den Abfluss gelangen kann. Mit Abfluss meinte ich einfach ein eigenes Tropfsystem, um das nachzuladende System freizugeben. Es könnte später zur sicheren Entsorgung in einen Eimer tropfen.
- Ich ging davon aus, dass @ABlankenship ein Experiment zur Stromerzeugung durchführt, bei dem eine Wärmequelle zur Stromerzeugung verwendet wird. Ich denke, es gibt ' einen sehr offensichtlichen Zusammenhang aufgrund einer exothermen chemischen Reaktion und eines solchen Experiments. Außerdem habe ich mehrere Jahre damit verbracht, Lagerräume zu verwalten und zu unterstützen. Viele Flüssigkeiten können in den Abfluss gelangen, aber Sie müssen informiert und vorsichtig sein.
- Die meisten Chemikalien können ' nicht abgelassen werden der Abfluss. Technisch gesehen sollten Sie ' nicht in der Lage sein, große Mengen Salz in den Abfluss zu leiten.
- Die meisten Chemikalien, dies ist jedoch nicht der Fall eine universelle Tatsache, insbesondere für Abfälle wie wässriges Natriumchlorid. Die Regeln hängen von den Besonderheiten des Abwasserkanals Ihrer Einrichtung ab. Die staatlichen und bundesstaatlichen Vorschriften für die meisten Einrichtungen, an denen ich gearbeitet habe, ermöglichen die uneingeschränkte Entsorgung von verdünnten NaCl-Lösungen, die bei der Neutralisation von Säurelösungen entstehen. Viele Universitäten erlauben dies nur dem Lagerpersonal oder EHS, um sicherzustellen, dass es korrekt durchgeführt wird. Ich bekräftige, dass Sie sich bei den zuständigen Behörden Ihrer Einrichtung erkundigen sollten, bevor Sie Ihren Abfallbewirtschaftungsplan festlegen.
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