REAKTION ENTALPIA: MÄÄRITELMÄ, LÄMPÖKEMIA, HARJOITUKSET - FYYSINEN - 2026

Entalpia reaktio on termodynaaminen toiminto, joka mahdollistaa laskettaessa voitetun lämmön tai toimitetaan kemiallisen reaktion, edellyttäen, että tämä reaktio on tapahtunut vakiopaineella. Se määritellään kemialliseen reaktioon osallistuvien aineiden sisäisenä energiona U plus paineen P tuloksena P: n tilavuudella V seuraavasti: H = U + P ∙ V

Siksi entalpialla on energian ulottuvuuksia, ja kansainvälisessä mittausjärjestelmässä se mitataan jouleina. Entalpian suhteen kemiallisessa reaktiossa vaihdetun lämmön välille on syytä muistaa ensimmäinen termodynamiikan laki, jossa todetaan seuraava: Q = ΔU + W

Kuva 1. Kaasun palaessa entalpia vähenee. Lähde: pixabay

Ensimmäisessä laissa vahvistetaan, että termodynaamisessa prosessissa vaihdettu lämpö on yhtä suuri kuin prosessissa mukana olevien aineiden sisäisen energian muutos plus näiden aineiden prosessissa tekemä työ.

Missä tahansa prosessissa työ W lasketaan seuraavalla suhteella:

Yllä olevassa lausekkeessa Vi on alkuperäinen tilavuus, Vf lopullinen tilavuus ja P paine. Jos prosessi suoritetaan vakiopaineessa P, tuloksena oleva työ on:

Missä ΔV on tilavuuden muutos.

Määritelmä

Kemialliset reaktiot ovat termodynaamisia prosesseja, jotka yleensä tapahtuvat vakiopaineessa ja hyvin usein ilmakehän paineessa. Tämän tyyppistä termodynaamista prosessia kutsutaan "isobariseksi", koska se tapahtuu vakiopaineessa.

Tässä tapauksessa termodynamiikan ensimmäinen laki voidaan kirjoittaa näin:

Qp = AU + P ∙ AV

Missä Qp osoittaa, että lämpö on vaihdettu vakiopaineessa. Jos entalpian H = U + P ∙ V määritelmä otetaan käyttöön edellisessä lausekkeessa, niin saadaan:

Qp = AH

Siksi positiivinen entalpian muutos osoittaa reaktion, joka on ottanut lämmön ympäristöstä. Tämä on endoterminen reaktio.

Päinvastoin, jos entalpiamuutos on negatiivinen, se on eksoterminen reaktio.

Itse asiassa sana entalpia tulee kreikkalaisesta sanasta enthalpien, joka tarkoittaa "lämmittää".

Entalpiaa kutsutaan usein myös lämpöksi. Mutta pitäisi olla selvää, että se ei ole sama kuin lämpö, ​​vaan se, että termodynaamisen prosessin aikana tapahtuva lämmönvaihto muuttaa entalpiaa.

Suhde kuumuuteen

Toisin kuin lämpö, ​​entalpia on tilan funktio. Kun lasket entalpian muutoksen, lasket kahden funktion, kuten sisäisen energian ja tilavuuden, erot, jotka riippuvat yksinomaan järjestelmän tilasta.

AH = AU + P ∙ AV

Koska paine pysyy vakiona reaktiossa, niin reaktion entalpia on tilan funktio, joka riippuu vain sisäisestä energiasta ja tilavuudesta.

Kemiallisessa reaktiossa reagenssien entalpia voidaan määritellä kummankin summa; ja tuotteiden osuus kaikkien tuotteiden entalpian summana.

Entalpian muutos reaktiossa on tuotteiden ero miinus reagenssien ero:

Kuva 2. Entalpiakaavio. Lähde: itse tehty.

Endotermisessä reaktiossa tuotteiden entalpia on suurempi kuin reagenssien; eli reaktio vie lämpöä ympäristöstä. Päinvastoin, eksotermisessä reaktiossa reagenssien entalpia on suurempi kuin tuotteiden, koska reaktio luovuttaa lämpöä ympäristölle.

Tavallinen entalpia

Koska entalpian muutos kemiallisessa reaktiossa voi riippua paineesta ja lämpötilasta, on tapana määritellä vakioreaktio-olosuhteet:

Vakioreaktiolämpötila: 25 ° C.

Vakioreaktiopaine: 1 atm = 1 bar.

Tavanomainen entalpia on merkitty seuraavasti: H °

lämpökemia

Termokemiallisessa yhtälössä, reagoivien aineiden ja tuotteiden ohella, myös entalpian muutoksella on merkitys. Entalpia ymmärretään reaktiona sen aikana tapahtuneeseen muutokseen.

Katsotaan esimerkiksi seuraavia reaktioita:

2 H2 (kaasu) + O2 (kaasu) → 2 H2O (neste); AH ° = -571,6 kJ (eksoterminen).

H2 (kaasu) + (½) O2 (kaasu) → H2O (neste); AH ° = -285,8 kJ (eksoterminen).

2 H2O (nestemäinen) → 2 H2 (kaasu) + O2 (kaasu); AH ° = +571,6 kJ (endoterminen).

Entalpia on laaja termodynaaminen määrä

Jos kemiallisen yhtälön ehdot kerrotaan tai jaetaan tietyllä kertoimella, niin entalpia kerrotaan tai jaetaan samalla.

Jos reaktio on käänteinen, niin myös reaktion entalpian merkki kääntyy.

Ratkaistuja harjoituksia

-Harjoitus 1

Asetyleenikaasu C2H2 saadaan rakeistetun kalsiumkarbidin CaC2 reaktiosta veden kanssa ympäristön lämpötilassa ja paineessa.

Tietoina meillä on reagenssien muodostumisen entalpia:

AH ° (CaC2) = -59,0 kJ / mol

AH ° (H20) = -285,8 kJ / mol

Ja tuotteiden muodostumisen entalpia:

AH ° (C2H2) = +227,0 kJ / mol

AH ° (Ca (OH) 2) = -986,0 kJ / mol

Etsi reaktion vakioentroopia.

Ratkaisu

Ensimmäinen asia on nostaa tasapainoinen kemiallinen yhtälö:

CaC2 (s) + 2H20 (l) → Ca (OH) 2 (s) + C2H2 (g)

Ja nyt reagenssien, tuotteiden ja reaktion entalpiat:

- reagenssit: -59,0 kJ / mol -2 ∙ 285,8 kJ / mol = -630,6 kJ / mol

- Tuotteet: -986,0 kJ / mol + 227,0 kJ / mol = -759 kJ / mol

- Reaktio: ΔH ° = -759 kJ / mol - (-630 kJ / mol) = -129 kJ / mol

Se on eksoterminen reaktio.

-Harjoitus 2

Kuinka paljon lämpöä vapautuu, kun poltetaan 1 litra asetyleeniä vakio-olosuhteissa?

Ratkaisu

Tasapainotettuaan asetyleenin palamisreaktio näyttää tältä:

C2H2 (g) + (5/2) O2 (g) → 2 CO2 (g) + H20 (l)

Tarvitsemme tuotteiden muodostumisen entalpiaa:

AH ° (CO2) = -393,5 kJ / mol

AH ° (H20 (l)) = -285,8 kJ / mol

Entalpioiden laskeminen

Näiden tietojen avulla voimme laskea tuotteiden entalpian:

ΔH ° (tuotteet) = 2 * (- 393,5 kJ / mol) + (-285,8 kJ / mol) = -1072,8 kJ / mol

Ja reagenssien muodostumisen entalpia:

AH ° (C2H2) = 227,0 kJ / mol

AH ° (02) = 0,0 kJ / mol

Reagenssien entalpia on:

227,0 kJ / mol + (5/2) * 0,0 = 227,0 kJ / mol

Molaarisen reaktion entalpia on tällöin: ΔH ° (tuotteet) - ΔH ° (reaktantit) = -1072,8 kJ / mol - 227,0 kJ / mol = -1299,8 kJ / mol

Palamisen entalpia

Nyt meidän on tiedettävä, kuinka monta moolia asetyleeniä on litra asetyleeniä vakio-olosuhteissa. Tätä varten käytämme ideaalikaasun tilayhtälöä, josta me ratkaisemme moolien lukumäärän.

Moolien lukumäärä n = P * V / (R * T)

P = 1 atm = 1,013 x 10 Pa

V = 1 l = 1,0 x 10 ^ -3 m³

R = 8,31 J / (mol * K)

T = 25 ° C = 298,15 K

n = 0,041 mol

1 litran asetyleenin palamisen entalpia on 0,041 mol * (-1299,8 kJ / mol) = -53,13 kJ

Negatiivinen merkki osoittaa, että se on eksoterminen reaktio, joka vapauttaa 53,13 kJ = 12,69 kcal.

Viitteet

1. Kastanjat E. Entalpia kemiallisissa reaktioissa. Palautettu osoitteesta: lidiaconlaquimica.wordpress.com
2. Lämpökemia. Reaktion entalpia. Palautettu osoitteesta: recursostic.educacion.es
3. Lämpökemia. Määritelmä standardireaktion entalpia. Palautettu osoitteesta: quimitube.com
4. Wikipedia. Reaktion standardi entalpia. Palautettu osoitteesta: wikipedia.com
5. Wikipedia. Muodostumisen entalpia. Palautettu osoitteesta: wikipedia.com