Kas yra entalpija?

Entopija yra energijos kiekio, esančio kūno (sistemos), turinčio tūrio, slėgio ir gali būti pakeista į aplinką, matas. Ją sudaro raidė H. Su juo susijęs fizinis vienetas yra liepos mėn. (J = kgm2 / s2).

Matematiškai tai galima išreikšti taip:

H = U + PV

Kur:

H = entalpija

U = sistemos vidinė energija

P = slėgis

V = tūris

Jei U ir P ir V yra būsenos funkcijos, H taip pat bus. Taip yra todėl, kad tam tikru momentu gali būti pateiktos galutinės ir pradinės kintamojo sąlygos, kurios bus tiriamos sistemoje.

Kas yra formavimo entalpija?

Sistema sugeria arba atpalaiduoja šilumą, kai 1 molio produkto produktas gaunamas iš jų elementų įprastoje jų susikaupimo būsenoje; kietos, skystos, dujinės, tirpios arba stabilesnės allotropinės būsenos.

Stabiliausia anglies allotropinė būsena yra grafitas, be to, esant normaliam slėgiui 1 atmosferoje ir 25 ° C temperatūroje.

Jis žymimas kaip ΔH ° f. Tokiu būdu:

ΔH ° f = galutinis H - pradinis H

Δ: graikų raidė, simbolizuojanti galutinio ir pradinės būsenos energijos kaitą ar kitimą. „F“ indeksas reiškia junginio susidarymą ir viršutinį indeksą arba standartines sąlygas.

Pavyzdys

Atsižvelgiant į skysto vandens susidarymo reakciją

H2 (g) + ½ O2 (g) H2O (l) ΔH ° f = -285, 84 kJ / mol

Reagentai : vandenilis ir deguonis, jo natūrali būsena yra dujinė.

Produktas : 1 molis skysto vandens.

Pažymėtina, kad formavimo pagal entalpijas apibrėžimas yra 1 moliui pagaminto junginio, todėl reakcija, jei įmanoma, turi būti koreguojama pagal frakcinius koeficientus, kaip parodyta ankstesniame pavyzdyje.

Eksoterminės ir endoterminės reakcijos

Cheminio proceso metu formavimo entalpija gali būti teigiama ΔHof> 0, jei reakcija yra endoterminė, o tai reiškia, kad ji sugeria šilumą nuo terpės arba neigiamo ΔHof <0, jei reakcija yra egzoterminė su sistemos šilumos emisija.

Egzoterminė reakcija

Reagentai turi daugiau energijos nei produktai.

ΔH ° f <0

Endoterminė reakcija

Reagentai turi mažiau energijos nei produktai.

ΔH ° f> 0

Kad teisingai parašytumėte cheminę lygtį, ji turi būti subalansuota. Kad būtų laikomasi „Medžiagų išsaugojimo įstatymo“, joje taip pat turi būti pateikta informacija apie reagentų ir produktų fizinę būklę, kuri vadinama agregavimo būsena.

Taip pat reikia nepamiršti, kad grynos medžiagos formuojasi nuo nulio iki standartinių sąlygų ir jų stabiliausia forma.

Cheminėje sistemoje, kurioje yra reagentų ir produktų, turime, kad reakcijos entalpija yra lygi formavimo entalpijai standartinėmis sąlygomis.

ΔH ° rxn = ΔH ° f

Atsižvelgdami į tai, kas išdėstyta, turime:

ΔH ° rxn = oducnproduktai Hivectivos Σnreactivos Hreactivos

Atsižvelgiant į šią fiktyvią reakciją

aA + bB cC

Kur a, b, c yra subalansuotos cheminės lygties koeficientai.

Reakcijos entalpijos išraiška yra:

Δ H ° rxn = c Δ H ° f C (a Δ H ° f A + b Δ H ° f B)

Darant prielaidą, kad: a = 2 mol, b = 1 mol ir c = 2 mol.

AH ° f (A) = 300 KJ / mol, AH ° f (B) = -100 KJ / mol, AH ° f (C) = -30 KJ. Apskaičiuokite Δ H ° rxn

ΔH ° rxn = 2 mol (-30KJ / mol) - (2 mol (300KJ / mol + 1 mol (-100KJ / mol) = -60KJ - (600KJ - 100KJ) = -560KJ

ΔH ° rxn = -560KJ.

Tada atitinka egzoterminę reakciją.

Kai kurios neorganinės ir organinės cheminės medžiagos susidaro 25 ° C temperatūroje ir 1 atm slėgyje

Pratimai apskaičiuoti entalpiją

1 pratimas

Nustatykite NO2 (g) reakcijos entalpiją pagal šią reakciją:

2NO (g) + O2 (g) 2NO2 (g)

Naudojant reakcijos entalpijos lygtį, turime:

ΔH ° rxn = oducnproduktai Hivectivos Σnreactivos Hreactivos

ΔH ° rxn = 2 mol (ΔH ° f NO2) - (2 mol ΔH ° f NO + 1 mol ΔH ° f O2)

Ankstesnės lentelės lentelėje matome, kad deguonies susidarymo entalpija yra 0 KJ / mol, nes deguonis yra grynas junginys.

ΔH ° rxn = 2 mol (33, 18 KJ / mol) - (2 mol 90, 25 KJ / mol + 1 mol 0)

ΔH ° rxn = -114, 14 KJ

Kitas būdas apskaičiuoti cheminės sistemos reakcijos entalpiją yra per HESO Įstatymą, kurį pasiūlė Šveicarijos chemikas Germain Henri Hess 1840 metais.

Įstatymas sako: „Energija, absorbuojama arba išsiskyrusi cheminiame procese, kuriame reagentai tampa produktais, yra tas pats, jei jis atliekamas viename etape arba keliuose“.

2 pratimas

Vandenilio pridėjimas acetilenui, kad susidarytų etanas, gali būti atliekamas vienu etapu:

C2H2 (g) + 2H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° f = - 311, 42 KJ / mol

Arba jis taip pat gali vykti dviem etapais:

C2H2 (g) + H2 (g) H2C = CH2 (g) ΔH ° f = - 174, 47 KJ / mol

H2C = CH2 (g) + H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° f = - 136, 95 KJ / mol

Pridėjus abi lygtis algebra, turime:

C2H2 (g) + H2 (g) H2C = CH2 (g) ΔH ° f = - 174, 47 KJ / mol

H2C = CH2 (g) + H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° f = - 136, 95 KJ / mol

C2H2 (g) + 2H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° rxn = 311, 42 KJ / mol

3 pratimas

(Paimta iš quimitube.com 26 pratimas. Termodinamikos hesso įstatymas)

Apskaičiuokite etanolio oksidacijos entalpiją, kad būtų galima gauti acto rūgštį ir vandenį, žinant, kad deginant 10 gramų etanolio, išsiskiria 300 KJ energijos ir deginant 10 gramų acto rūgšties, išleidžiamas 140 KJ energijos.

Kaip matyti iš problemos pareiškimo, rodomi tik skaitiniai duomenys, tačiau cheminės reakcijos nerodomos, todėl būtina jas parašyti.

CH3CH2OH (l) + 3O2 (g) 2CO2 (g) + 3 H20 (l) AH1 = -1380 KJ / mol.

Neigiamos entalpijos vertė yra parašyta, nes problema sako, kad yra energijos išleidimas. Jūs taip pat turite atsižvelgti į tai, kad jie yra 10 gramų etanolio, todėl turite apskaičiuoti energijos kiekį kiekvienam etanolio moliui. Dėl to atliekama:

Reikia ieškoti etanolio molinės masės (atominių masių sumos), kurios vertė lygi 46 g / mol.

AH1 = -300 KJ (46 g) etanolio = - 1380 KJ / mol

10 g etanolio 1 molio etanolio

Tai daroma ir acto rūgščiai:

CH3COOH (l) + 2O2 (g) 2CO2 (g) + 2 H20 (l) AH2 = -840 KJ / mol

Δ H2 = -140 KJ (60 g acto rūgšties) = - 840 KJ / mol

10 g acto rūgšties 1 mol acto rūgšties.

Pirmiau aprašytose reakcijose aprašomas etanolio ir acto rūgšties deginimas, todėl būtina parašyti probleminę formulę, kuri yra etanolio oksidavimas acto rūgštimi su vandens gamyba.

Tai yra reakcija, kurią problema reikalauja. Ji jau yra subalansuota.

CH3CH2OH (l) + O2 (g) CH3COOH (l) + H20 (l) ΔH 3 =?

Hesso įstatymo taikymas

Norėdami tai padaryti, dauginame termodinamines lygtis skaitiniu koeficientu, kad jie būtų algebriniai ir teisingai organizuoti kiekvieną lygtį. Tai daroma, kai vienas ar daugiau reagentų nėra atitinkamoje pusėje lygtyje.

Pirmoji lygtis išlieka ta pati, nes etanolis yra reagentų pusėje, kaip nurodyta problemos lygtyje.

Antroji lygtis reikalinga dauginant ją koeficientu -1 taip, kad acto rūgštis, kuri yra reaktyvi, gali tapti produktu.

CH3CH2OH (l) + 3O2 (g) 2CO2 (g) + 3H2O (1) AH1 = -1380 KJ / mol.

- CH3COOH (1) - 2O2 (g) - 2CO2 (g) - 2H2O (l) ΔH2 = - (-840 KJ / mol)

CH3CH30H + 3O2-2O2-CH3COOH 2CO2 + 3H2O -2CO2

-2H2O

Jie pridedami algebriškai ir tai yra rezultatas: problema reikalaujama lygtis.

CH3CH3OH (l) + O2 (g) CH3COOH (l) + H20 (l)

Nustatykite reakcijos entalpiją.

Taip pat, kaip ir kiekviena reakcija, padauginta iš skaitinio koeficiento, entalpijų vertė taip pat turi būti dauginama

AH3 = 1xH1-1xH2 = 1x (-1380) -1x (-840)

AH3 = -1380 + 840 = - 540 KJ / mol