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该反应最终产生二氧化碳和水

  浏览时间:2020-11-22 15:33

需很长时间,人们一直认为氧气是支持生物体呼吸并维持生物体代谢过程的重要物质。可见,估算值与实验值相差不大,估计方法是有效的。自由基产品通常是高能中间体,它们的形成过程非常缓慢。例如:1摩尔的甲烷可以与2摩尔的氧气反应,甲烷的燃烧热为2×460 = 920kj / mol,甲烷的实验燃烧热值为890kj / mol; 另一个例子是1摩尔葡萄糖可以与6摩尔氧气反应。相反,燃烧产物中的氧原子与其他原子形成更强的化学键。

通过大量的实验数据,我们发现任何有机分子的燃烧热都可以根据与之反应的氧气量来估算。5 = -436kj; 1摩尔甲醇和1。然后,如果我们从微观角度分析氧气,会有什么新发现?

1被忽视的能源

在大多数人眼中自然界中的某些有机物(例如化石燃料和碳水化合物)被认为是地球上最重要的能源。5mol的氧气反应,因此, 每摩尔氧气的参与会放热-5452/12。但是有一个事实值得注意,在远离太阳和许多其他行星的月亮上, 仍然有丰富的沼气能源。由于氧-氧双键的键能弱,这使燃烧反应成为化学反应中最放热的反应之一。通过这种方法计算出的其他有机化合物的平均值也接近460kj。二氧化碳分子中碳氧双键的键能高达799kj / mol[1],由于氢键,水分子的键能也较大。

3补充说明

上面提到的460kj / mol的值,根据大量有机化合物与氧气反应的实验焓变值进行估算。

根据表1中提供的数据,以反应中涉及的氧气量为横坐标,在纵坐标上绘制反应实验的焓变的绝对值得到图1。从化学键的角度来看许多有机分子中的共价键通常更牢固。根据表1中提供的实验值估算一般, 1摩尔的氧气参与燃烧反应,将释放460kj的热量。从中我们得到每摩尔氧气的放热平均值为(436 + 484)/ 2 = 460kj。结合能更大化学键不容易断裂,与其他分子反应生成新物质并不容易。但是一旦形成自由基产物,接下来的一系列连锁反应可以轻松进行。该反应最终产生二氧化碳和水。从这个事实我们可以得出结论,氧气是一种热力学活性物质,而不是运动活性物质,这是氧气的另一个重要特性。换一种说法,涉及的氧气越多,反应越放热,提供更多的能量。在地球上因为有阳光的作用氧气是通过光合作用连续产生的,在吸收太阳能的基础上, 它促进了地球上生物的生长。尽管这些行星上仍然有大量的氧原子,但是氧原子都与碳形成化学键, 氢, 金属, 硅和其他原子。

许多人错误地认为地球上的化石燃料和碳水化合物中的能量是通过太阳获得的。然而,氧气很活泼氧分子中氧-氧双键的键能仅为493kj / mol[1]。大多数有机化合物分子中的结合强度与燃烧产物中的结合强度相同。5 = -484kj。

因此,氧气是一个独特的分子,它可以存储从太阳吸收的能量,并为地球上的生命提供能量。因此, 我们有更多理由相信氧气是真正的能源。相同,蔗糖和其他家庭食品中所含的卡路里值也可以通过这种方式计算。

。例如:辛烷的实验焓变值为-5452kj / mol,1摩尔辛烷和12。表1列出了一些有机物与氧气反应的焓变数据。计算值是2760kj / mol,实验值为2801kj / mol。人们忽略氧气作为能源的原因,主要是因为地球上相对缺乏燃料,氧气更丰富。

图1数据处理图

从图1可以清楚地看到,有机化合物与氧气之间反应的焓变值与参与反应的氧气量具有良好的线性关系。

2热力学活性物质

燃烧反应放热很大,但是当许多有机化合物在室温和压力下与氧气接触时,长时间没有观察到变化。这个属性可以从结构的角度来解释,根据分子轨道理论,电子排列氧分子由于氧分子中有两个具有相同自旋方向的不成对电子[3],当氧分子与反磁性分子发生反应时,反应的第一步产生具有相同旋转方向的两个自由基产物。但是在这些行星上找不到氧气。以其他化合物形式存在。等等,可以近似计算出任何有机分子的燃烧热或部分氧化释放的热。因此,从这个角度来看,氧气是真正的能量其他“燃料”仅是在燃烧产物中与氧原子形成牢固化学键的工具。5mol氧气起反应释放720kj热量,因此, 每摩尔氧气都参与放热-720/1