Kuinka laskea entalpian muutos

Sisältö

• TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
• Määritelmä Entalpia
• Yksinkertainen entalpiamuutoslaskelma
• Vaihesiirtymien entalpia
• Hessin laki

Reaktion entalpiamuutos on reaktion tapahtuessa absorboituneen tai vapautuneen lämmön määrä, jos se tapahtuu vakiopaineessa. Suoritat laskelman eri tavoin riippuen tilanteesta ja käytettävissä olevista tiedoista. Monissa laskelmissa Hessin laki on tärkein tarvitsemasi tieto, mutta jos tiedät tuotteiden ja reagenssien entalpian, laskenta on paljon yksinkertaisempaa.

TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)

Voit laskea entalpian muutokset käyttämällä yksinkertaista kaavaa: 'H = H_Tuotteet - H_reagenssit

Määritelmä Entalpia

Entalpian (H) tarkka määritelmä on sisäisen energian (U) summa plus paineen (P) ja tilavuuden (V) summa. Symboleissa tämä on:

H = U + PV

Entalpian (∆H) muutos on siten:

∆H = ∆U + ∆P∆V

Kun deltamerkki (∆) tarkoittaa ”muutosta sisään”. Käytännössä paine pidetään vakiona ja yllä oleva yhtälö esitetään paremmin seuraavasti:

∆H = ∆U + P∆V

Jatkuvan paineen tapauksessa entalpian muutos on yksinkertaisesti siirrettävää lämpöä (q):

∆H = q

Jos (q) on positiivinen, reaktio on endoterminen (ts. Absorboi lämpöä ympäristöstään), ja jos se on negatiivinen, reaktio on eksoterminen (ts. Vapauttaa lämpöä ympäristöönsä). Enthalpialla on yksikköä kJ / mol tai J / mol tai yleensä energia / massa. Yllä olevat yhtälöt liittyvät todella lämpövirtauksen ja energian fysiikkaan: termodynamiikkaan.

Yksinkertainen entalpiamuutoslaskelma

Tyypillisin tapa laskea entalpian muutos käyttää tuotteiden ja reagenssien entalpiaa. Jos tiedät nämä määrät, käytä seuraavaa kaavaa laskeaksesi koko muutos:

'H = H_Tuotteet - H_reagenssit

Natriumionin lisääminen kloridi-ioniin natriumkloridin muodostamiseksi on esimerkki reaktiosta, jonka voit laskea tällä tavalla. Ionisen natriumin entalpia on –239,7 kJ / mol, ja kloridi-ionin entalpia on –167,4 kJ / mol. Natriumkloridin (pöytäsuolan) entalpia on -411 kJ / mol. Näiden arvojen lisääminen antaa:

∆H = −411 kJ / mol - (−239,7 kJ / mol −167,4 kJ / mol)

= −411 kJ / mol - (−407,1 kJ / mol)

= −411 kJ / mol + 407,1 kJ / mol = -3,9 kJ / mol

Joten suolan muodostuminen vapauttaa lähes 4 kJ energiaa moolia kohti.

Vaihesiirtymien entalpia

Kun aine muuttuu kiinteästä nestemäiseksi, nestemäisestä kaasuksi tai kiinteästä kaasuksi, näihin muutoksiin liittyy erityisiä entalpioita. Sulamisen entalpia (tai piilevä lämpö) kuvaa siirtymistä kiinteästä nesteeseen (päinvastainen on miinus tämä arvo ja sitä kutsutaan fuusion entalpiaksi), höyrystymisen entalpia kuvaa siirtymistä nesteestä kaasuun (ja päinvastoin on kondensaatio) ja sublimoitumisen entalpia kuvaa siirtymistä kiinteästä kaasuun (käänteistä kutsutaan jälleen kondensaation entalpiaksi).

Vedelle sulamisen entalpia on ∆H_sulatus = 6,007 kJ / mol. Kuvittele, että lämmität jään 250 Kelvinistä, kunnes se sulaa, ja lämmitä sitten vesi 300 K. Kuumennusosien entalpiamuutos on vain vaadittava lämpö, ​​joten voit löytää sen käyttämällä:

∆H = nC∆T

Missä (n) on moolien lukumäärä, (∆T) on muutos lämpötilassa ja (C) on ominaislämpö. Jään ominaislämpö on 38,1 J / K mol ja veden ominaislämpö on 75,4 J / K mol. Joten laskenta tapahtuu muutamassa osassa. Ensin, jää on kuumennettava lämpötilasta 250 K - 273 K (ts. –23 ° C - 0 ° C). 5 moolia jäätä varten tämä on:

∆H = nC∆T

= 5 mol × 38,1 J / K mol × 23 K

= 4,382 kJ

Kerro nyt sulamisen entalpia moolien määrällä:

∆H = n ∆H_sulatus

= 5 mol × 6,007 kJ / mol

= 30,035 kJ

Höyrystymislaskelmat ovat samat, paitsi höyrystys entalpialla sulavan arvon sijasta. Lopuksi laske lopullinen lämmitysvaihe (273-300 K) samalla tavalla kuin ensimmäinen:

∆H = nC∆T

= 5 mol × 75,4 J / K mol × 27 K

= 10,179 kJ

Summa nämä osat löytääksesi reaktion entalpian kokonaismuutos:

AH_{kaikki yhteensä} = 10,179 kJ + 30,035 kJ + 4,382 kJ

= 44,596 kJ

Hessin laki

Hessin laki on hyödyllinen silloin, kun harkitsemassasi reaktiossa on kaksi tai useampia osia ja haluat löytää entalpian yleisen muutoksen. Siinä todetaan, että reaktion tai prosessin entalpian muutos on riippumaton reitistä, jonka kautta se tapahtuu. Tämä tarkoittaa, että jos reaktio muuttuu aineesta toiseksi, ei ole väliä, tapahtuuko reaktio yhdessä vaiheessa (reagenssista tulee tuotteita välittömästi) vai tapahtuuko se monien vaiheiden läpi (reagenssista tulee välittäjiä ja sitten tuotteista), seurauksena oleva entalpia muuttuu on sama molemmissa tapauksissa.

Yleensä se auttaa piirtämään kaavion (katso Resurssit), joka auttaa sinua käyttämään tätä lakia. Yksi esimerkki on, jos aloitat kuusi moolia hiiltä yhdistettynä kolmella vedyllä, ne palavat yhdistämään hapen kanssa välivaiheena ja muodostavat sitten bentseenin lopputuotteena.

Hessin lain mukaan reaktion entalpian muutos on kummankin osan entalpian muutosten summa. Tässä tapauksessa yhden hiilen moolin palamisessa on ∆H = −394 kJ / mol (tämä tapahtuu kuusi kertaa reaktiossa), entalpian muutos yhden moolin vetykaasun palamisessa on ∆H = −286 kJ. / mol (tämä tapahtuu kolme kertaa) ja hiilidioksidin ja veden välittäjistä tulee bentseeniä entalpiamuutoksella ∆H = +3,267 kJ / mol.

Otetaan näiden muutosten summa, jotta saadaan entalpian kokonaismuutos. Muista kertoa jokainen reaktion ensimmäisessä vaiheessa tarvittavien moolien määrällä:

AH_{kaikki yhteensä} = 6×(−394) + 3×(−286) +3,267

= 3,267 − 2,364 - 858

= 45 kJ / mol