Kemisk reaktion, der kan producere masser af varme fra 2-3 enkle flydende ingredienser?
On februar 18, 2021 by adminHar et eksperiment, jeg vil prøve at bruge termoelektrisk effekt, og jeg vil generere varmen via en simpel kemisk reaktion. Ideelt set vil jeg gerne blande to væsker sammen (den ene er vand eller alkohol ville være god), der kan komme omkring kogende vandtemperatur i et par minutter eller længere. Biprodukter skal kun være andre væsker, der let kan drænes eller gasser, der er ikke farlige for mennesker. Intet affald fra faste stoffer og ikke ætsende / kræftfremkaldende / ætsende.
Indtil videre har jeg fundet en, der er tæt på mine behov, men stadig producerer et fast affaldsprodukt og ikke er særlig sikker, hvilket er calciumoxid + Vand -> Calciumhydroxid + Varme. Dette virker muligvis, hvis der er en anden væske, som jeg kunne tilføje efter hovedreaktionen for at omdanne calciumhydroxidet til en væske til bortskaffelse.
Kommentarer
- Jeg synes, at det mest nyttige jeg kan sige her er, at dette virker usikkert.
- Det ville kun være usikkert, hvis det ikke ' t passer til mine krav. Reaktionen ville finde sted i et bægerglas omgivet af termoelektrisk mesh, og når reaktionen er færdig, ville den drænes til en anden tank for sikker bortskaffelse.
- Koncentreret svovlsyre plus vand ville gøre et godt stykke arbejde. Det ville også let dræbe dig eller rive øjnene ud.
- Jeg ' har arbejdet i laboratoriet længe nok til at vide, om du genererer den store eksoterm at du håber at få vedvarende, anvendelig elektrisk strøm fra det, et bægerglas og noget maske er ikke engang tæt på at tælle som indeslutning.
- Godt punkt! Se på dem kemikere, hvad bruger de, når de har adgang til alle de smarte reagenser og ønsker at generere noget intens, men kontrollerbar varme? Elektrisk varmelegeme , at ' er hvad.
Svar
Det første, der kommer til at tænke, hvis du har adgang til et lagerrum, er at blande to løsninger: (1) NaOH; (2) HCI. Dette kan frigive en masse varme, hvis dine opløsninger er koncentreret nok, og det danner saltvand, hvis din NaOH og HCI har samme molaritet.
Rediger: Jeg er på min frokostpause, så jeg gjorde noget af matematikken …
Den kemiske reaktion af interesse i dette tilfælde er:
$$ \ ce {OH- + H + – > H2O} $$
Standarden entalpier af dannelse ( $ \ Delta H_ \ mathrm f ^ \ circ $ ) af disse arter er:
$$ \ begin {array} {lr} \ hline \ text {Species} & ΔH_ \ mathrm f ^ \ circ / \ pu {kJ mol-1} \\ \ hline \ ce {OH-} & -229.99 \\ \ ce {H +} & 0.00 \\ \ ce {H2O} & -288.83 \\ \ hline \ end {array} $$
Således er ændringen i entalpi for reaktionen:
$$ \ Delta H ^ \ circ = -288.83 \ \ mathrm {kJ / mol} – (-229.99 \ \ mathrm {kJ / mol} +0 \ \ mathrm {kJ / mol}) = -58.84 \ \ mathrm {kJ / mol} $$
Derfor, for $ 1 \ \ mathrm {mol} $ af $ \ c e {NaOH} $ + $ 1 \ \ mathrm {mol} $ af $ \ ce {HCl} $ , du får $ 58,84 \ \ mathrm {kJ} $ varme. Sig, at du vil frigive nok varme til at få netløsningen op til $ 100 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ .
Vand har en varmekapacitet på $ 4,18 \ \ mathrm {J / (g \ ^ \ circ C)} $ . Sig, at du har $ 1 \ \ mathrm L $ af $ \ ce {NaOH} $ + $ 1 \ \ mathrm L $ af $ \ ce {HCl} $ , skal du nok varme til at hæve temperaturen på $ 2 \ \ mathrm L $ vand til $ 100 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ . I “Jeg antager, at vandet starter ved $ 25 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ , så du har $ 2 \, 000 \ \ mathrm g $ og $ 75 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ at gå.
$$ 4.18 \ \ mathrm {J / (g \ ^ \ circ C)} \ cdot 2 \, 000 \ \ mathrm g \ cdot 75 \ \ mathrm {^ \ circ C} = 62 \, 700 \ \ mathrm J = 62.7 \ \ mathrm {kJ} $$
Hvor mange mol $ \ ce {NaOH} $ + $ \ ce {HCl} $ har du brug for så meget varme?
$$ \ frac {q} {\ Delta H ^ \ circ} = \ frac {62.7 \ \ mathrm {kJ}} {58.84 \ \ mathrm { kJ / mol}} = 1.065 \ \ mathrm {mol} $$
Det vil betyde, at du kan blande $ 1 \ \ mathrm L $ af $ 1.065 \ \ mathrm M $ $ \ ce {NaOH} $ + $ 1 \ \ mathrm L $ af $ 1.065 \ \ mathrm M $ af $ \ ce {HCl} $ , og ville teoretisk forvente for at få en temperatur tæt på $ 100 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ .
Dette er muligvis slukket lidt, fordi jeg har lavet nogle antagelser:
- $ \ Delta H ^ \ circ $ er konstant med hensyn til temperatur fra $ 25 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ til $ 100 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ . Dette er muligvis ikke sandt.
- de opløste salte i vand påvirker ikke signifikant dets varmekapacitet
- Du har $ 2 \, 000 \ \ mathrm g $ vand i $ 1.065 \ \ mathrm M $ $ \ ce {NaOH} $ + $ 1.065 \ \ mathrm M $ $ \ ce {HCl} $
Jeg tror dog, det kan komme dig tæt på? Jeg er lidt overrasket over, at molariteterne ikke er højere … Det er i det mindste et udgangspunkt.
Ansvarsfraskrivelse selvfølgelig: vær forsigtig med $ \ ce {NaOH} $ + $ \ ce {HCl} $ soluti ons, de kan være farlige. Brug korrekte kemiske hygiejneprotokoller. Blandingen skal være godartet, men du skal bekræfte dette med pH-papir.
Kommentarer
- Dette er interessant, saltvand ville være et fint affaldsprodukt, selvom min eneste bekymring er, at det er skadeligt eller forårsager saltdannelse inden for rør til bortskaffelse.
- Afhængigt af hvilken institution du ' befinder dig i, tillader nogle steder dig at bortskaffe neutraliserede syre / baseløsninger ned i vasken, så længe syrer og baser er godartede, og pH er ~ 7. (Kilde: Sådan fungerede det på 2 af mine 3 institutioner.) Din lagerrumsassistent eller assistent skulle være i stand til at fortælle dig.
- Så lige din tidligere kommentar om, hvad du mente med slange: NaCl er utroligt. vandopløseligt. Hvis du ' er meget bekymret, kan du skylle systemet 1-2 gange med DI-vand mellem eksperimenterne, hvilket skulle fjerne alt salt, der er tilbage.
- Dette er fantastisk tak så meget for udvidelsen af svaret.
- Mit institut tillod endda at hælde flere koncentrerede syrer ned i afløbet, da vi havde en neutraliserende enhed i kælderen.
Svar
Som Zhe siger, er det ikke sikkert. Dit spørgsmål nævner “dræning” af kemikalier, som om det er OK at dumpe kemikalier ned i afløbet eller ud på jorden. Det er ikke. Hvilken mulig sammenhæng er der mellem en eksoterm kemisk reaktion og et eksperiment inden for termoelektrik, kan jeg ikke forestille mig. Brug en varmeplade. Her er et tip: opvarmning af vand til kogepunktet kræver meget energi (pr. Gram). Et andet navn på en kemisk reaktion, der producerer en masse energi, er “en eksplosion”. Jeg kan ikke tænke på nogen, som nogen, der tænker “hvis det er flydende, kan jeg bare dumpe det ned i afløbet” ville være sikkert at implementere.
Kommentarer
- Kemikalierne ' t passer til mine krav, hvis det ikke kan ' t komme i kloak. Skønt jeg ved afløb bare mente sit eget dryppesystem for at rydde systemet, der skulle genindlæses. Det kunne dryppe ned i en spand til sikker bortskaffelse senere.
- Min antagelse var, at @ABlankenship laver et el-produktionseksperiment, hvor en varmekilde bruges til at generere elektricitet. Jeg synes der ' er en meget åbenbar forbindelse, fordi en eksoterm kemisk reaktion og et sådant eksperiment. Jeg har også brugt flere år på at styre og hjælpe på lagerrum. Mange væsker kan gå ned i afløbet, men du skal være informeret og forsigtig.
- De fleste kemikalier kan ' ikke dumpes ned afløbet. Teknisk set bør du ikke ' ikke være i stand til at dumpe store mængder salt ned i afløbet.
- De fleste kemikalier, men dette er ikke en universel kendsgerning, især for affald som vandigt natriumchlorid. Reglerne afhænger af specificiteten af dine institutioners kloakhåndtering. Statslige og føderale regler for de fleste institutioner, jeg arbejdede med, tillader ubegrænset bortskaffelse af fortyndede NaCl-opløsninger dannet ved neutralisering af syreopløsninger. Mange universiteter tillader kun lagerrumspersonale eller EHS at gøre dette for at sikre, at det gøres korrekt. Jeg gentager, at du bør kontakte de relevante myndigheder ved dine institutioner, inden du bestemmer din affaldshåndteringsplan.
Skriv et svar