Reação química que pode produzir muito calor com 2 ou 3 ingredientes líquidos simples?
On Fevereiro 18, 2021 by adminTenho um experimento que quero experimentar, utilizando energia termoelétrica, e quero gerar calor por meio de uma simples reação química. Idealmente, eu gostaria de misturar 2 líquidos (um sendo água ou álcool seria ótimo) que podem chegar à temperatura da água fervente por alguns minutos ou mais. Os subprodutos precisam ser apenas outros líquidos que podem ser drenados facilmente ou gases que não são perigosos para os humanos. Sem resíduos sólidos e não corrosivo / cancerígeno / cáustico.
Até agora, encontrei um que está próximo de minhas necessidades, mas ainda produz um produto de resíduo sólido e não é particularmente seguro, que é o óxido de cálcio + Água -> Hidróxido de Cálcio + Calor. Isso pode funcionar se houver outro líquido que eu possa adicionar após a reação principal para transformar o Hidróxido de Cálcio em um líquido para descarte.
Comentários
- Acho que a coisa mais útil que posso dizer aqui é que isso parece inseguro.
- Só seria inseguro se não ' t atende aos meus requisitos. A reação ocorreria em um béquer envolto em malha termoelétrica e uma vez que a reação fosse concluída, seria drenada para outro tanque para descarte seguro.
- Ácido sulfúrico concentrado mais água faria um ótimo trabalho. Isso prontamente mataria ou arrancaria seus olhos também.
- Eu ' trabalhei em laboratório por tempo suficiente para saber se você está gerando um exotérmico tão grande que você espera obter energia elétrica sustentada e utilizável com isso, um copo e alguma malha não chega nem perto de contar como contenção.
- Bom argumento! Olhe para eles químicos, o que eles usam quando têm acesso a todos aqueles reagentes sofisticados e querem gerar um calor intenso, mas controlável? Aquecedor elétrico , que ' é o quê.
Resposta
A primeira coisa que vem à mente, se você tem acesso a um estoque, é misturar duas soluções: (1) NaOH; (2) HCl. Isso pode liberar muito calor se suas soluções forem concentradas o suficiente, e formará água salgada se seu NaOH e HCl forem da mesma molaridade.
Editar: estou no intervalo para o almoço, então fiz algumas contas …
A reação química de interesse neste caso é:
$$ \ ce {OH- + H + – > H2O} $$
O padrão entalpias de formação ( $ \ Delta H_ \ mathrm f ^ \ circ $ ) dessas espécies são:
$$ \ begin {array} {lr} \ hline \ text {Espécie} & ΔH_ \ mathrm f ^ \ circ / \ pu {kJ mol-1} \\ \ hline \ ce {OH-} & -229,99 \\ \ ce {H +} & 0,00 \\ \ ce {H2O} & -288,83 \\ \ hline \ end {array} $$
Assim, a mudança na entalpia para a reação é:
$$ \ Delta H ^ \ circ = -288,83 \ \ mathrm {kJ / mol} – (-229,99 \ \ mathrm {kJ / mol} +0 \ \ mathrm {kJ / mol}) = -58,84 \ \ mathrm {kJ / mol} $$
Portanto, para $ 1 \ \ mathrm {mol} $ de $ \ c e {NaOH} $ + $ 1 \ \ mathrm {mol} $ de $ \ ce {HCl} $ , você obtém $ 58,84 \ \ mathrm {kJ} $ de calor. Digamos que você queira liberar calor suficiente para obter a solução líquida de até $ 100 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ .
A água tem uma capacidade de calor de $ 4,18 \ \ mathrm {J / (g \ ^ \ circ C)} $ . Digamos que você tenha $ 1 \ \ mathrm L $ de $ \ ce {NaOH} $ + $ 1 \ \ mathrm L $ de $ \ ce {HCl} $ , você precisará de calor suficiente para aumentar a temperatura de $ 2 \ \ mathrm L $ de água para $ 100 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ . I “Presumo que a água começa em $ 25 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ , então você tem $ 2 \, 000 \ \ mathrm g $ e $ 75 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ para ir.
$$ 4.18 \ \ mathrm {J / (g \ ^ \ circ C)} \ cdot 2 \, 000 \ \ mathrm g \ cdot 75 \ \ mathrm {^ \ circ C} = 62 \, 700 \ \ mathrm J = 62,7 \ \ mathrm {kJ} $$
Quantos moles de $ \ ce {NaOH} $ + $ \ ce {HCl} $ você precisa para tanto calor?
$$ \ frac {q} {\ Delta H ^ \ circ} = \ frac {62,7 \ \ mathrm {kJ}} {58,84 \ \ mathrm { kJ / mol}} = 1.065 \ \ mathrm {mol} $$
Isso significa que você pode misturar $ 1 \ \ mathrm L $ de $ 1.065 \ \ mathrm M $ $ \ ce {NaOH} $ + $ 1 \ \ mathrm L $ de $ 1,065 \ \ mathrm M $ de $ \ ce {HCl} $ , e seria teoricamente esperado para obter uma temperatura próxima de $ 100 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ .
Isso pode estar um pouco estranho porque fiz algumas suposições:
- $ \ Delta H ^ \ circ $ é constante em relação à temperatura de $ 25 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ a $ 100 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ . Isso pode não ser verdade.
- os sais dissolvidos na água não afetam significativamente sua capacidade de calor
- Você tem $ 2 \, 000 \ \ mathrm g $ de água em $ 1,065 \ \ mathrm M $ $ \ ce {NaOH} $ + $ 1,065 \ \ mathrm M $ $ \ ce {HCl} $
Acho que isso pode te levar perto? Estou um pouco surpreso que as molaridades não estejam mais altas … É um ponto de partida, pelo menos.
Exoneração de responsabilidade, é claro: tenha cuidado com o $ \ ce {NaOH} $ + $ \ ce {HCl} $ soluti ons, eles podem ser perigosos. Use protocolos de higiene química adequados. A mistura deve ser benigna, mas você deve confirmar isso com papel de pH.
Comentários
- Isso é interessante, água salgada seria um ótimo resíduo, embora minha única preocupação seja danificar ou causar acúmulo de sal dentro do tubulação para descarte.
- Dependendo de qual instituição você ' re, alguns lugares permitem que você descarte soluções de ácido / base neutralizadas na pia, desde que os ácidos e bases são benignos e o pH é ~ 7. (Fonte: é assim que funcionava em 2 das minhas 3 instituições.) Seu gerente ou assistente de estoque deve ser capaz de dizer a você.
- Acabei de ver seu comentário anterior sobre o que você quis dizer com tubo: NaCl é incrivelmente solúvel em água. Se você ' estiver muito preocupado, pode lavar o sistema 1-2x com água DI entre os experimentos, o que deve remover qualquer sal deixado para trás.
- Isso é ótimo , muito obrigado pela expansão da resposta.
- Meu instituto até permitiu despejar ácidos mais concentrados no ralo, já que tínhamos um neutralizador na adega.
Resposta
Como Zhe diz, isso não é seguro. Sua pergunta menciona “drenar” produtos químicos como se fosse normal jogar produtos químicos no ralo ou fora no chão. Não é. Que possível conexão existe entre uma reação química exotérmica e um experimento em termoelétrica, eu não posso imaginar. Use uma chapa quente. Aqui está uma dica: aquecer água até seu ponto de ebulição requer muita energia (por grama). Outro nome para uma reação química que produz muita energia é “uma explosão”. Não consigo pensar em ninguém que pense “se for líquido, posso simplesmente despejá-lo no ralo” seria seguro de implementar.
Comentários
- Os produtos químicos don ' não atende aos meus requisitos se não puder ' ir pelo ralo. Embora por dreno eu significasse simplesmente seu próprio sistema de gotejamento para limpar o sistema para ser recarregado. Pode pingar em um balde para descarte seguro mais tarde.
- Minha suposição era que @ABlankenship está fazendo um experimento de geração de eletricidade, onde uma fonte de calor é usada para gerar eletricidade. Eu acho que há ' s uma conexão muito óbvia devido a uma reação química exotérmica e tal experimento. Além disso, passei vários anos gerenciando e auxiliando em almoxarifados. Muitos líquidos podem ir pelo ralo, mas você deve ser informado e cuidadoso.
- A maioria dos produtos químicos não pode ' ser despejada o ralo. Tecnicamente, você não deve ' ser capaz de despejar grandes quantidades de sal no ralo.
- A maioria dos produtos químicos, mas isso não é um fato universal, especialmente para resíduos como cloreto de sódio aquoso. As regras dependem das especificidades do tratamento de esgoto de sua instituição. Regulamentações estaduais e federais para a maioria das instituições em que trabalhei permitem a eliminação irrestrita de soluções diluídas de NaCl formadas a partir da neutralização de soluções ácidas. Muitas universidades permitem que apenas o pessoal do almoxarifado ou o EHS façam isso, para garantir que seja feito corretamente. Reitero que você deve verificar com as autoridades competentes em suas instituições antes de determinar seu plano de gestão de resíduos.
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