Kemisk reaktion som kan producera mycket värme från 2-3 enkla flytande ingredienser?
On februari 18, 2021 by adminHa ett experiment Jag vill prova med termoelektrisk kraft och jag vill generera värmen via en enkel kemisk reaktion. Helst vill jag blanda två vätskor tillsammans (en är vatten eller alkohol skulle vara bra) som kan komma runt kokande vattentemperatur i några minuter eller längre. Biprodukter behöver bara vara andra vätskor som kan tömmas lätt eller gaser som är inte farliga för människor. Inga fasta avfall och icke frätande / cancerframkallande / frätande.
Hittills har jag hittat en som är nära mina behov men ändå producerar en fast avfallsprodukt och inte är särskilt säker, vilket är kalciumoxid + Vatten -> Kalciumhydroxid + Värme. Detta kan fungera om det finns en annan vätska som jag kan tillsätta efter huvudreaktionen för att förvandla kalciumhydroxiden till en vätska för bortskaffande.
Kommentarer
- Jag tycker att det mest användbara jag kan säga här är att detta verkar osäkert.
- Det skulle bara vara osäkert om det inte ' t passar mina krav. Reaktionen skulle äga rum i en bägare omgiven av termoelektriskt nät och när reaktionen är klar skulle den dräneras till en annan tank för säker bortskaffande.
- Koncentrerad svavelsyra plus vatten skulle göra ett bra jobb. Det skulle lätt döda dig eller tappa ut dina ögon också.
- Jag ' Jag har arbetat i labbet tillräckligt länge för att veta om du genererar den stora exotermen att du hoppas kunna göra en hållbar, användbar elkraft från den, en bägare och något nät är inte ens nära att räknas som inneslutning.
- Bra poäng! Titta på dem kemister, vad använder de när de har tillgång till alla dessa fina reagens och vill generera intensiv men kontrollerbar värme? Elvärmare , det ' är vad.
Svar
Det första du tänker på, om du har tillgång till ett lagerrum, är att blanda två lösningar: (1) NaOH; (2) HCl. Detta kan frigöra mycket värme om dina lösningar är tillräckligt koncentrerade och det bildar saltvatten om din NaOH och HCl har samma molaritet.
Redigera: Jag är på min lunchpaus, så jag gjorde en del av matematiken …
Den kemiska reaktionen av intresse i detta fall är:
$$ \ ce {OH- + H + – > H2O} $$
Standarden bildningsentalpier ( $ \ Delta H_ \ mathrm f ^ \ circ $ ) är av dessa arter:
$$ \ begin {array} {lr} \ hline \ text {Species} & ΔH_ \ mathrm f ^ \ circ / \ pu {kJ mol-1} \\ \ hline \ ce {OH-} & -229.99 \\ \ ce {H +} & 0.00 \\ \ ce {H2O} & -288.83 \\ \ hline \ end {array} $$
Således är förändringen i entalpi för reaktionen:
$$ \ Delta H ^ \ circ = -288.83 \ \ mathrm {kJ / mol} – (-229.99 \ \ mathrm {kJ / mol} +0 \ \ mathrm {kJ / mol}) = -58.84 \ \ mathrm {kJ / mol} $$
För $ 1 \ \ mathrm {mol} $ av $ \ c e {NaOH} $ + $ 1 \ \ mathrm {mol} $ av $ \ ce {HCl} $ får du 58,84 $ \ \ mathrm {kJ} $ värme. Anta att du vill släppa tillräckligt med värme för att få nätlösningen upp till $ 100 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ .
Vatten har en värmekapacitet på $ 4,18 \ \ mathrm {J / (g \ ^ \ circ C)} $ . Anta att du har $ 1 \ \ mathrm L $ av $ \ ce {NaOH} $ + $ 1 \ \ mathrm L $ av $ \ ce {HCl} $ , du behöver tillräckligt med värme för att höja temperaturen på $ 2 \ \ mathrm L $ vatten till $ 100 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ . I ”Jag antar att vattnet börjar vid $ 25 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ , så du har $ 2 \, 000 \ \ mathrm g $ och $ 75 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ kvar.
$$ 4.18 \ \ mathrm {J / (g \ ^ \ circ C)} \ cdot 2 \, 000 \ \ mathrm g \ cdot 75 \ \ mathrm {^ \ circ C} = 62 \, 700 \ \ mathrm J = 62.7 \ \ mathrm {kJ} $$
Hur många mol $ \ ce {NaOH} $ + $ \ ce {HCl} $ behöver du så mycket värme?
$$ \ frac {q} {\ Delta H ^ \ circ} = \ frac {62.7 \ \ mathrm {kJ}} {58.84 \ \ mathrm { kJ / mol}} = 1.065 \ \ mathrm {mol} $$
Det skulle innebära att du kan blanda $ 1 \ \ mathrm L $ av $ 1.065 \ \ mathrm M $ $ \ ce {NaOH} $ + $ 1 \ \ mathrm L $ of $ 1.065 \ \ mathrm M $ of $ \ ce {HCl} $ , och skulle teoretiskt förvänta sig för att få en temperatur nära $ 100 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ .
Detta kan vara avstängt lite för att jag har gjort några antaganden:
- $ \ Delta H ^ \ circ $ är konstant med avseende på temperatur från $ 25 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ till $ 100 \ \ mathrm {^ \ circ C} $ . Detta kanske inte stämmer.
- de upplösta salterna i vatten påverkar inte dess värmekapacitet avsevärt
- Du har $ 2 \, 000 \ \ mathrm g $ vatten i $ 1.065 \ \ matematik M $ $ \ ce {NaOH} $ + $ 1.065 \ \ mathrm M $ $ \ ce {HCl} $
Jag tror att det här kan komma dig nära? Jag är lite förvånad över att molariteterna inte är högre … Det är åtminstone en utgångspunkt.
Ansvarsfriskrivning förstås: var försiktig med $ \ ce {NaOH} $ + $ \ ce {HCl} $ soluti kan de vara farliga. Använd korrekt kemihygienprotokoll. Blandningen ska vara godartad, men du bör bekräfta detta med pH-papper.
Kommentarer
- Detta är intressant, saltvatten skulle vara en fin avfallsprodukt men min enda oro är att det skadar eller orsakar saltbildning i slang för bortskaffande.
- Beroende på vilken institution du ' befinner dig på, kan du på vissa ställen kasta neutraliserade syra / baslösningar ner i diskbänken, så länge som syrorna och baserna är godartade och pH är ~ 7. (Källa: Så här fungerade det på två av mina tre institutioner.) Din lagerchef eller assistent borde kunna berätta för dig.
- Såg precis din tidigare kommentar om vad du menade med slang: NaCl är otroligt vattenlösliga. Om du ' är väldigt orolig kan du spola systemet 1-2 gånger med DI-vatten mellan experimenten, vilket skulle ta bort eventuellt kvarvarande salt.
- Det här är fantastiskt , tack så mycket för utvidgningen av svaret.
- Mitt institut tillät till och med att hälla mer koncentrerade syror i avloppet eftersom vi hade en neutraliserare i källaren.
Svar
Som Zhe säger är det inte säkert. Din fråga nämner ”tömning” av kemikalier som om det är OK att tömma kemikalier i avloppet eller ut på marken. Det är inte. Vilken möjlig koppling finns det mellan en exoterm kemisk reaktion och ett experiment inom termoelektrik kan jag inte föreställa mig. Använd en värmeplatta. Här ”ett tips: att värma upp vatten till kokpunkten kräver mycket energi (per gram). Ett annat namn för en kemisk reaktion som producerar mycket energi är” en explosion ”. Jag kan inte tänka på någon som tänker ”om det är vätska kan jag bara tömma det i avloppet” skulle vara säkert att implementera.
Kommentarer
- Kemikalierna don ' uppfyller inte mina krav om det inte kan ' tappa avloppet. Men med avlopp menade jag helt enkelt sitt eget droppsystem för att rensa systemet som ska laddas om. Det kan droppa ner i en hink för säker bortskaffande senare.
- Mitt antagande var att @ABlankenship gör ett elproduktionsexperiment, där en värmekälla används för att generera el. Jag tycker att ' är en mycket uppenbar koppling på grund av en exoterm kemisk reaktion och ett sådant experiment. Jag har också spenderat flera år på att hantera och hjälpa till på lager. Många vätskor kan gå ner i avloppet, men du måste vara informerad och försiktig.
- De flesta kemikalier kan ' inte dumpas ner avloppet. Tekniskt sett bör du inte ' inte kunna dumpa stora mängder salt i avloppet.
- De flesta kemikalier, men det här är inte ett universellt faktum, särskilt för avfall som vattenhaltig natriumklorid. Reglerna beror på specificiteten för dina institutioners avloppshantering. Statliga och federala bestämmelser för de flesta institutioner som jag arbetade med tillåter obegränsat bortskaffande av utspädda NaCl-lösningar som bildats genom neutralisering av syralösningar. Många universitet tillåter endast lagerrummet eller EHS att göra detta för att säkerställa att det görs korrekt. Jag upprepar att du bör kontakta berörda myndigheter vid dina institutioner innan du bestämmer din plan för avfallshantering.
Lämna ett svar