Ciepło spalania – ilośćenergii oddawanej do otoczenia na sposóbciepła w wynikuspalania określonej ilości substancji w ustalonych warunkach. Wartości ciepła spalania są stosowane wtechnice cieplnej do określaniawartości opałowejpaliw. Wtermochemii są często stosowaną podstawą obliczeń wartościciepła różnychreakcji chemicznych na podstawie wartości ciepła spalaniasubstratów iproduktów tej reakcji.
Osobny artykuł:Wartość opałowa.W technice cieplnej definiuje się pojęcia ciepłacałkowitego izupełnego spalania jednostkimasy paliwa (1 kg paliwa stałego lub ciekłego) lub jednostkiobjętości (1 Nm³ paliwa gazowego wwarunkach normalnych). Spalanie jest wykonywane w stałej objętości, wbombie kalorymetrycznej. Produkty spalania są oziębiane do temperatury początkowej, apara wodna zawarta wspalinachskrapla się zupełnie. Wyniki pomiarów odnosi się dowarunków standardowych i wyraża w jednostkachJ/kg lub J/Nm³[1][2][3][4].
W termochemii wartości ciepła spalaniazwiązków chemicznych odnosi się doliczby postępu reakcji Wyróżnia się ciepło spalania w stałej objętości i pod stałym ciśnieniem Jeżeli w czasie reakcji nie jest wykonywana inna praca poza pracą zmiany objętości to ciepło reakcji spalania jest równe odpowiedniejfunkcji termodynamicznej – entalpii spalania lubenergii wewnętrznej tej reakcji[3]:
| Węglowodory | Qp [kJ/mol] | Alkohole | Qp [kJ/mol] | Kwasy | Qp [kJ/mol] | Alkeny | Qp [kJ/mol] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| CH4 | 891,6 | CH3OH | 725,5 | HCOOH | 256,6 | – | – |
| C2H6 | 1562,1 | C2H5OH | 1368,7 | CH3COOH | 878,2 | C2H4 | 1413,1 |
| n-C3H8 | 2223,3 | n-C3H7OH | 2020,2 | C2H5COOH | 1540,2 | C3H6 | 2061 |
| n-C4H10 | 2882,9 | n-C4H9OH | 2673,6 | C3H7COOH | 2198,9 | C4H8 | 2722,6 |
| n-C5H12 | 3541,9 | n-C5H11OH | 3328,1 | C4H9COOH | 2858,8 | C5H10 | 3395,4 |
| n-C6H14 | 4200,1 | n-C6H13OH | 3982,8 | C5H11COOH | 3516,2 | ||
| n-C7H16 | 4857,9 | n-C7H15OH | 4638,5 | C6H13COOH | 4171,1 | ||
| n-C8H18 | 5514 | n-C8H17OH | 5294,5 | C7H15COOH | 4830,2 |
Pomiary entalpii spalania różnych czystych związków chemicznych są stosunkowo łatwe i dokładne. Wyniki tych pomiarów (zamieszczane w tabelach charakterystyk związków) są wykorzystywane w czasie obliczania ciepła dowolnych reakcji chemicznych. Zgodnie zpierwszą zasadą termodynamiki iprawem Hessa ciepło reakcji jest równe różnicy między sumą ciepeł spalania produktów i ciepeł spalania substratów (wartości molowe pomnożone przez odpowiedniewspółczynniki stechiometryczne, analogicznie jak w przypadku korzystania zestandardowych ciepeł tworzenia reagentów)[3]. W ten sposób można np. obliczyć standardowąentalpię reakcji syntezy ciekłegometanolu zwodoru itlenku węgla znając standardowe entalpie spalania CO,H2 iCH3OH[6].
Entalpię reakcji syntezymetanu zgrafitu i wodoru w wyniku reakcji:
której nie można przeprowadzić wkalorymetrze, oblicza się na podstawie trzech znanych wartości entalpii spalania grafitu, wodoru i metanu[3].
| Symbol reakcji | Równanie reakcji spalania | Entalpia spalania (kJ/mol) |
|---|---|---|
| A | C (graf.) + O 2(g) → CO 2(g) | −393,5 |
| B | H 2(g) + ½O 2(g) → H 2O (c) | −285,9 |
| C | CH 4(g) + 2O 2(g) → CO 2(g) + 2H 2O (c) | −890,4 |
Równanie reakcji tworzenia metanu (R) można otrzymać poprzez sumowanie trzech reakcji:
co oznacza, że istnieje hipotetyczna możliwość przeprowadzenia syntezyCH4 również taką drogą, a zgodnie z prawem Hessa ostateczna zmianaentalpii swobodnej układu byłaby taka sama. Stąd:
W przedstawiony sposób można obliczyć ciepła tworzenia wielu związków organicznych. W przypadkach, gdy nie są dostępne zmierzone wartości entalpii spalania węglowodorów dopuszcza się stosowanie założenia oaddytywności, zgodnie z którą udział jednejgrupy metylenowej w wartości wynosi w warunkach standardowych −659,17 kJ (możliwe jest obliczenie entalpii spalania dla związkówszeregu homologicznegoalkanów, jeżeli jest znana jedna zmierzona wartość ciepła spalania). Bardziej złożone zagadnienia pojawiają się w sytuacjach, gdy część reagentów zawiera heteroatomy (np.siarka,azot), które w produktach spalania mogą występować na różnychstopniach utleniania, często w związkach rozpuszczających się w wodzie. Niezbędne jest wówczas dokładne określenie stanu końcowego dla każdego z końcowych produktów spalania[3].
