- Kuinka se lasketaan?
- -Ekspressio entalpialle
- Liuoksen entalpia
- Sovellukset
- Mittaukset kalorimetrillä
- -Harjoitus 2
- Ratkaisu
- Viitteet
Liuoksen lämpö tai liuoksen entalpia on lämpöä, joka imeytyy tai vapautuu tietyn määrän liuottimessa olevan liuottimen liuotusprosessin aikana vakiopaineen olosuhteissa.
Kun kemiallinen reaktio tapahtuu, energiaa tarvitaan sekä sidosten muodostumiseen että murtumiseen, jotka mahdollistavat uusien aineiden muodostumisen. Energia, joka virtaa näiden prosessien suorittamiseen, on lämpöä, ja lämpökemia on tieteen ala, joka vastaa niiden tutkimisesta.
Lähde: Pixnio.
Mitä tulee termiin entalpia, sitä käytetään viittaamaan lämpövirtaan, kun kemialliset prosessit tapahtuvat vakiopaineen olosuhteissa. Tämän termin luomisesta johtuu hollantilainen fyysikko Heike Kamerlingh Onnes (1853 - 1926), sama, joka löysi suprajohtavuuden.
Kuinka se lasketaan?
Entalpian löytämiseksi meidän on aloitettava termodynamiikan ensimmäisestä laista, jonka mukaan järjestelmän sisäisen energian ΔU muutos johtuu absorboituneesta lämmöstä Q ja jonkin ulkoisen tekijän siihen tekemästä työstä W:
Missä työ on koko tuotteen tilavuuden negatiivinen integraali paineen ja tilavuuden eron muutoksen suhteen. Tämä määritelmä vastaa voiman skalaarituotteen ja siirtymävektorin negatiivista integraalia mekaanisessa työssä:
Kun yllä mainittua vakiopaineolosuhdetta sovelletaan, P voi mennä ulos integraalista; siksi työ on:
-Ekspressio entalpialle
Jos tämä tulos korvataan ΔU: lla, saadaan:
Määrä U + PV kutsutaan entalpiaksi H, niin että:
Entalpia mitataan jouleina, koska se on energiaa.
Liuoksen entalpia
Liuoksen alkuperäiset komponentit ovat liuenneita ja liuotinaineita, ja niillä on alkuperäinen entalpia. Kun tämä liukeneminen tapahtuu, sillä on oma entalpiansa.
Tässä tapauksessa džaulien entalpiamuutos voidaan ilmaista seuraavasti:
Joko standardi entalpia muodossa AH o, jossa tulos on joule / mol
Jos reaktio antaa lämpöä, H-merkki on negatiivinen (eksoterminen prosessi), jos se absorboi lämpöä (endoterminen prosessi), merkki on positiivinen. Ja luonnollisesti liuoksen entalpian arvo riippuu lopullisen liuoksen pitoisuudesta.
Sovellukset
Monet ioniset yhdisteet liukenevat polaarisiin liuottimiin, kuten veteen. Suolan (natriumkloridin) liuokset vedessä tai suolavedessä ovat yleisesti käytössä. Nyt ratkaisun entalpiaa voidaan pitää kahden energian panoksena:
- Yksi hajottamaan liuenneen, liuenneen ja liuottimen ja liuottimen sidokset
- Toinen on se, jota vaaditaan uusien liuottimen ja liuottimen sidosten muodostumiseen.
Jos ioninen suola liukenee veteen, liuoksen muodostamiseksi veden tapauksessa on tiedettävä kiinteän aineen ns. Retikulaarinen entalpia ja hydraation entalpia. Jos se ei ole vettä, niin sitä kutsutaan solvaation entalpiaksi.
Hilan entalpia on energia, jota tarvitaan ionisen hilan hajottamiseen ja kaasumaisten ionien muodostamiseen. Prosessi on aina endoterminen, koska kiinteään aineeseen on toimitettava energiaa, jotta se voidaan erottaa sen muodostaviin ioneihin ja saattaa ne kaasumaiseen tilaan.
Toisaalta hydraatioprosessit ovat aina eksotermisiä, koska hydratoituneet ionit ovat vakaampia kuin kaasumaisessa tilassa olevat ionit.
Tällä tavoin liuoksen luominen voi olla eksoterminen tai endoterminen, riippuen siitä, vaatiiko liuenneen aineen ionisen hilan hajoaminen enemmän tai vähemmän energiaa kuin hydraatio tarjoaa.
Mittaukset kalorimetrillä
Käytännössä on mahdollista mitata AH kalorimetrissä, joka koostuu periaatteessa eristetystä astiasta, joka on varustettu lämpömittarilla ja sekoitussauvalla.
Astian osalta kaadetaan siihen lähes aina vettä, mikä on kalorimetristä nestettä par excellence, koska sen ominaisuudet ovat yleinen viite kaikille nesteille.
Lavoisierin käyttämä vanha kalorimittari. Lähde: Gustavocarra.
Lämpövaihdossa veden lisäksi tietysti myös kalorimetrin materiaalit ovat mukana. Koko kokoonpanon lämpökapasiteetti, jota kutsutaan kalorimetriovakioksi, voidaan kuitenkin määrittää erikseen reaktiosta ja ottaa sitten huomioon tapahtuessa.
Energiatasapaino on seuraava, muistaen ehto, että järjestelmässä ei ole energiavuotoja:
- Nestemäinen vesi muodostuu:
½ O 2 + ½ H 2 → H 2 O nestettä; Δ H o = -285,9 kJ / mol
- Nyt sinun on muodostettava ratkaisu:
Kiinteä aine K + H 2 O → ½ H 2 + vesipitoista KOH; Δ H o = -2011 kJ / mol
Huomaa, että KOH: n hajoamisen entalpian merkki on käännetty, mikä johtuu Hessin laista: kun reagenssit muutetaan tuotteiksi, entalpian muutos ei riipu käytetyistä vaiheista ja milloin yhtälö on käännettävä, kuten tässä tapauksessa, entalpia muuttuu merkiksi.
Energiatasapaino on entalpioiden algebrallinen summa:
-Harjoitus 2
Liuoksen entalpia seuraavaa reaktiota varten määritetään vakiopainekalorimetrillä ja kalorimetrin vakion tiedetään olevan 342,5 J / K. Kun 1,423 g natriumsulfaattia Na 2 SO 4 liuotetaan 100,34 g: aan vettä, lämpötilan muutos on 0,037 K. Laske standardi entalpia liuos Na 2 SO 4 näistä tiedoista.
Ratkaisu
Liuoksen vakio entalpia ratkaistaan yllä annetusta yhtälöstä:
Natriumsulfaatilla: M s = 142,04 g / mol; m s = 1,423 g
Ja vedelle: m vettä = 100,34 g; M vesi = 18,02 g / mol; C vesi; m = 75,291 J / K mol
AT = 0,037 K
C- kalorimetri = 342,5 J / K
Viitteet
- Cengel, Y. 2012. Termodynamiikka. 7. toim., McGraw Hill. 782 - 790
- Engel, T. 2007. Johdanto fysikaalisessa kemiassa: Termodynamiikka. Pearson koulutus. 63-78.
- Giancoli, D. 2006. Fysiikka: Periaatteet ja sovellukset. 6… Ed Prentice Hall. 384-391.
- Maron, S. 2002. Fysikakemian perusteet. Limusa. 152-155.
- Serway, R., Jewett, J. (2008). Fysiikka tiedettä ja tekniikkaa varten. Nide 1. 7.. Ed. Cengage Learning. 553-567.