¿Cuánta energía se almacena cuando el H+ se convierte en H2?

Question

Estoy haciendo una redacción de esto para mis alumnos:

Fuente: Amirav Research Group (Facebook)

La energía de formación del alcohol isopropílico es $-318.2~\mathrm{kJ/mol}$ (kilojulios por mol), el de la acetona es $-249.4~\mathrm{kJ/mol}$ Así que $68.8~\mathrm{kJ/mol}$ se ganan en este extremo.

Pero me estoy confundiendo con el extremo del hidrógeno. Estoy viendo que La energía de formación de $\ce{H+}$ es $0~\mathrm{J/mol}$ (puede ser tratado como un protón libre), y el de $\ce{H2}$ también es $0~\mathrm{J/mol}$ . Por supuesto, usted diría que el oxígeno tiene $0~\mathrm{J/mol}$ así que como el agua tiene una entalpía de formación de $241.83~\mathrm{kJ/mol}$ esperaría que produjera esa cantidad de energía en la combustión.

Pero el gas hidrógeno tiene una "densidad energética" como combustible de $71~\mathrm{kJ/mol}$ . Así que el tratamiento que $\ce{H2}$ y $\ce{O2}$ tienen $0~\mathrm{J/mol}$ entalpía de formación y el agua tiene una entalpía de formación de $242~\mathrm{kJ/mol}$ parece no cuadrar con eso. ¿Dónde está el resto de la energía?

En particular, en el diagrama anterior se ve la separación de cargas cuando el par de electrones se mueve hacia el hidronio, produciendo hidrógeno. Pero una separación de carga (J = coulomb volt) es energía, por lo que mover los electrones al hidrógeno tiene que de energía, lo que parece indicar que la $\ce{H+} = 0~\mathrm{J}$ y $\ce{H2}$ también = $0~\mathrm{J}$ cosas está mal. Pero no sé a dónde ir desde aquí, ¿alguien se siente seguro de ayudar con esto?

Answer 1

Estoy viendo que La energía de formación del H+H+ es de 0 J/mol0 J/mol (se puede tratar como un protón libre)

No. No. No. La formación de protones a partir de una molécula de hidrógeno es un proceso extremadamente endotérmico. Requiere 1) disociar el enlace H-H, que es, por cierto, 432 kJ/mol, y luego la ionización del átomo de hidrógeno, que es alrededor de 1300 kJ/mol.

Sin embargo. En solución, el ión hidrógeno se une a las moléculas de agua (u otro disolvente), lo que supone un importante descuento energético, de unos 1100 kJ/mol para el caso del agua.

Sin embargo, de nuevo :) esto no tiene importancia aquí, ya que la inmersión en pequeños detalles no es necesaria aquí.

El proceso bruto es $\ce{ Me2CHOH \space =\space Me2CO + H2 }$ y como la entalfía de formación del hidrógeno es aproximadamente cero, sólo es relevante el cambio de isopropanol a acetona. Por lo tanto, la diferencia es de 68,8 kJ/mol.

Answer 2

Supongo que has cambiado un signo menos ahí; es endotérmico ya que el producto acetona es menos negativo en energía que el reactivo i-propanol. Así que la energía va a la acetona y no a la conversión protón-hidrógeno.

Me sorprende bastante que la densidad de energía no sea igual a la energía de combustión, pero estos valores no son realmente importantes aquí ya que no hay combustión en primer lugar.

Answer 3

2H+ no puede convertirse en $\ce{H2}$ porque el H+ no tiene electrones.

Answer 4

Depende de la profundidad con la que se quiera dividir el ciclo de la reacción química.

La reacción general es:

Alcohol isopropílico -> acetona + gas hidrógeno

Normalmente, la energía interna de los compuestos de hidrocarburos se mide quemándolos en dióxido de carbono y agua en un exceso de oxígeno para encontrar el calor de combustión. Como esta reacción también produce hidrógeno, la energía de la reacción para un mol sería la diferencia entre la quema de alcohol isopropílico menos la de la quema de acetona e hidrógeno.

El usuario permeakra dio el ciclo de reacción química roto de una manera diferente en términos de calor de formación, pero el resultado neto es el mismo. Esa es la belleza de la química.

Ahora se puede dividir el ciclo de la reacción química en todo tipo de especies intermedias, pero la reacción neta tiene que ser la que se ha señalado anteriormente. De hecho, el problema se suele trabajar al revés. Sabiendo cuál es la energía de las especies intermedias, como una $\ce{H^+}$ catión y saber cuál es la energía de un solvente $\ce{OH^-}$ anión es podemos calcular cuál debe ser la energía de alguna "molécula" orgánica intermedia inestable.

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DavePhD tiene toda la razón en su respuesta. No se pueden convertir dos $\ce{H^+}$ caciones en $\ce{H2}$ porque un $\ce{H^+}$ El catión no tiene electrones. Tiene que obtener dos electrones de alguna otra especie química y eso costará algo de energía química para liberar los electrones, por no hablar de la energía contenida en el propio electrón (que no es química sino física nuclear).

Answer 5

Hay un cambio en la entropía molar así como un trabajo de expansión realizado por el sistema en la transición de $\ce{H+}$ (aq) a $\ce{H2}$ (g). Suponiendo que la temperatura y la presión sean constantes, también habrá un cambio en la energía interna del sistema.