Reakcja chemiczna, która może wytworzyć dużo ciepła z 2-3 prostych płynnych składników?
On 18 lutego, 2021 by adminPrzeprowadź eksperyment, który chcę wypróbować z wykorzystaniem energii termoelektrycznej i chcę generować ciepło w drodze prostej reakcji chemicznej. Idealnie chciałbym zmieszać ze sobą 2 płyny (jeden to woda lub alkohol), które mogą osiągnąć temperaturę wrzenia wody przez kilka minut lub dłużej. Produktami ubocznymi muszą być tylko inne płyny, które można łatwo opróżnić lub gazy, które nie są niebezpieczne dla ludzi. Żadnych odpadów stałych i niekorozyjnych / rakotwórczych / żrących.
Do tej pory znalazłem taki, który jest bliski moim potrzebom, ale nadal wytwarza stały produkt odpadowy i nie jest szczególnie bezpieczny, czyli tlenek wapnia + Woda -> Wodorotlenek wapnia + Ciepło. To może zadziałać, jeśli istnieje inny płyn, który mógłbym dodać po głównej reakcji, aby zamienić wodorotlenek wapnia w płyn do utylizacji.
Komentarze
- Myślę, że najbardziej pomocną rzeczą, jaką mogę tutaj powiedzieć, jest to, że wydaje się to niebezpieczne.
- Byłoby niebezpieczne tylko wtedy, gdyby nie ' t pasuje do moich wymagań. Reakcja miałaby miejsce w zlewce otoczonej siatką termoelektryczną, a po zakończeniu reakcji zostałaby przeniesiona do innego zbiornika w celu bezpiecznej utylizacji.
- Stężony kwas siarkowy plus woda to świetna robota. Z łatwością zabiłoby to lub wyłupiłoby też oczy.
- Ja ' pracowałem w laboratorium wystarczająco długo, aby wiedzieć, czy generujesz tak dużą egzotermę że masz nadzieję, że uda ci się wytworzyć z niego trwałą, użyteczną energię elektryczną, zlewkę i jakąś siatkę nawet nie liczą się jako powstrzymywanie.
- Dobra uwaga! Spójrz na chemików, czego używają, gdy mają dostęp do tych wszystkich wymyślnych odczynników i chcą wytworzyć intensywne, ale kontrolowane ciepło? Nagrzewnica elektryczna , która ' jest tym.
Odpowiedź
Pierwszą rzeczą, która przychodzi na myśl, jeśli masz dostęp do magazynu, jest zmieszanie dwóch roztworów: (1) NaOH; (2) HCl. Może to uwolnić dużo ciepła, jeśli twoje roztwory są wystarczająco skoncentrowane, i tworzy słoną wodę, jeśli twój NaOH i HCl mają tę samą molarność.
Edycja: Jestem na przerwie obiadowej, więc policzyłem trochę …
Reakcja chemiczna, która nas interesuje w tym przypadku to:
$$ \ ce {OH- + H + – > H2O} $$
Standard entalpie formacji ( $ \ Delta H_ \ mathrm f ^ \ circ $ ) tych gatunków to:
$$ \ begin {array} {lr} \ hline \ text {Gatunek} & ΔH_ \ mathrm f ^ \ circ / \ pu {kJ mol-1} \\ \ hline \ ce {OH-} & -229,99 \\ \ ce {H +} & 0,00 \\ \ ce {H2O} & -288.83 \\ \ hline \ end {array} $$
Zatem zmiana entalpii reakcji wynosi:
$$ \ Delta H ^ \ circ = -288,83 \ \ mathrm {kJ / mol} – (-229,99 \ \ mathrm {kJ / mol} +0 \ \ mathrm {kJ / mol}) = -58.84 \ \ mathrm {kJ / mol} $$
Dlatego dla $ 1 \ \ mathrm {mol} $ z $ \ c e {NaOH} $ + $ 1 \ \ mathrm {mol} $ z $ \ ce {HCl} $ , otrzymasz 58,84 $ \ \ mathrm {kJ} $ ciepła. Powiedzmy, że chcesz uwolnić wystarczającą ilość ciepła, aby uzyskać rozwiązanie netto do 100 $ \ \ mathrm {^ \ circ C} $ .
Woda ma pojemność cieplną 4,18 $ \ \ mathrm {J / (g \ ^ \ circ C)} $ . Powiedzmy, że masz $ 1 \ \ mathrm L $ z $ \ ce {NaOH} $ + $ 1 \ \ mathrm L $ z $ \ ce {HCl} $ , będziesz potrzebować wystarczającej ilości ciepła, aby podnieść temperaturę $ 2 \ \ mathrm L $ wody do $ 100 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ . I „Zakładam, że woda zaczyna się o $ 25 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ , więc masz $ 2 \, 000 \ \ mathrm g $ i $ 75 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ , aby przejść.
$$ 4.18 \ \ mathrm {J / (g \ ^ \ circ C)} \ cdot 2 \, 000 \ \ mathrm g \ cdot 75 \ \ mathrm {^ \ circ C} = 62 \, 700 \ \ mathrm J = 62.7 \ \ mathrm {kJ} $$
Ile moli $ \ ce {NaOH} $ + $ \ ce {HCl} $ czy potrzebujesz tyle ciepła?
$$ \ frac {q} {\ Delta H ^ \ circ} = \ frac {62.7 \ \ mathrm {kJ}} {58.84 \ \ mathrm { kJ / mol}} = 1.065 \ \ mathrm {mol} $$
Oznaczałoby to, że można mieszać $ 1 \ \ mathrm L $ z 1 $.065 \ \ mathrm M $ $ \ ce {NaOH} $ + $ 1 \ \ mathrm L $ of 1,065 $ \ \ mathrm M $ z $ \ ce {HCl} $ i teoretycznie oczekuje aby uzyskać temperaturę bliską 100 $ \ \ mathrm {^ \ circ C} $ .
To może być trochę nie tak, ponieważ poczyniłem pewne założenia:
- $ \ Delta H ^ \ circ $ jest stała w odniesieniu do temperatury od $ 25 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ do $ 100 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ . Może to nie być prawda.
- sole rozpuszczone w wodzie nie wpływają znacząco na jej pojemność cieplną
- Masz $ 2 \, 000 \ \ mathrm g $ wody w 1,065 $ \ \ mathrm M $ $ \ ce {NaOH} $ + $ 1,065 \ \ mathrm M $ $ \ ce {HCl} $
Myślę, że to może Cię zbliżyć? Nie byłam zaskoczona, że liczby molowe nie są wyższe … To przynajmniej punkt wyjścia.
Oczywiście zrzeczenie się odpowiedzialności: bądź ostrożny z $ \ ce {NaOH} $ + $ \ ce {HCl} $ soluti ons, mogą być niebezpieczne. Stosuj odpowiednie protokoły higieniczne chemiczne. Mieszanina powinna być łagodna, ale należy to potwierdzić papierkiem pH.
Komentarze
- To ciekawe, słona woda byłaby drobnym produktem odpadowym, chociaż martwię się tylko, że uszkadza lub powoduje gromadzenie się soli w rurki do utylizacji.
- W zależności od ' instytucji, w której się znajdujesz, w niektórych miejscach można wyrzucać zneutralizowane roztwory kwasu / zasady do zlewu, o ile kwasy i zasady są łagodne, a pH wynosi ~ 7. (Źródło: tak to działało w 2 z moich 3 instytucji). Twój kierownik magazynu lub asystent powinien być w stanie ci powiedzieć.
- Właśnie zobaczyłem Twój poprzedni komentarz na temat tego, co masz na myśli, mówiąc o rurach: NaCl jest niesamowicie rozpuszczalne w wodzie. Jeśli ' bardzo się martwisz, możesz przepłukać system 1-2x wodą dejonizowaną pomiędzy eksperymentami, co powinno usunąć wszelką pozostałą sól.
- To jest świetne , dziękuję bardzo za rozszerzenie odpowiedzi.
- Mój instytut pozwolił nawet na wylewanie większej ilości stężonych kwasów do kanalizacji, ponieważ w piwnicy mieliśmy neutralizator.
Odpowiedź
Jak mówi Zhe, to nie jest bezpieczne. W Twoim pytaniu jest mowa o „spuszczaniu” chemikaliów tak, jakby można było spuszczać chemikalia do kanalizacji lub na zewnątrz na ziemi. Tak nie jest. Nie potrafię sobie wyobrazić, jaki jest możliwy związek między egzotermiczną reakcją chemiczną a eksperymentem termoelektrycznym. Użyj gorącej płyty. Tutaj „wskazówka: podgrzanie wody do punktu wrzenia wymaga dużej ilości energii (na gram). Inną nazwą reakcji chemicznej, która wytwarza dużo energii, jest„ eksplozja ”. Nie przychodzi mi do głowy żaden, kto myśli „jeśli jest w stanie ciekłym, mogę po prostu wyrzucić go do kanalizacji” byłoby bezpieczne do wdrożenia.
Komentarze
- Substancje chemiczne nie ' nie spełnia moich wymagań, jeśli może ' zejść w błoto. Chociaż przez drenaż miałem na myśli po prostu własny system kroplowy, aby wyczyścić system do ponownego załadowania. Mógłby kapać do wiadra, by później go bezpiecznie usunąć.
- Moje założenie było takie, że @ABlankenship przeprowadza eksperyment dotyczący wytwarzania energii elektrycznej, w którym do wytwarzania energii elektrycznej wykorzystywane jest źródło ciepła. Myślę, że ' jest bardzo oczywistym powiązaniem z powodu egzotermicznej reakcji chemicznej i takiego eksperymentu. Ponadto spędziłem kilka lat zarządzając i pomagając w magazynach. Wiele płynów może spłynąć do kanalizacji, ale musisz być poinformowany i ostrożny.
- Większość chemikaliów nie ' nie może zostać wyrzuconych odpływ. Z technicznego punktu widzenia nie powinno się ' móc wyrzucać do kanalizacji dużych ilości soli.
- Większość chemikaliów, ale to fakt uniwersalny, zwłaszcza w przypadku odpadów takich jak wodny roztwór chlorku sodu. Zasady zależą od specyfiki obsługi ścieków w Twojej instytucji. Przepisy stanowe i federalne dla większości instytucji, w których pracowałem, zezwalają na nieograniczoną utylizację rozcieńczonych roztworów NaCl powstałych w wyniku neutralizacji roztworów kwasów. Wiele uniwersytetów zezwala na to tylko personelowi magazynowemu lub EHS, aby upewnić się, że jest to zrobione poprawnie. Powtarzam, że przed określeniem planu gospodarki odpadami należy skonsultować się z odpowiednimi władzami w swoich instytucjach.
Dodaj komentarz