MIKÄ ON ENTALPIA? - KEMIA - 2025

Entalpia on mitta energian määrä sisältyy elin (järjestelmä), jonka tilavuus, paineistetaan ja on vaihdettavissa sen ympäristöön. Sitä edustaa kirjain H. Fyysinen yksikkö, joka siihen liittyy, on joule (J = kgm2 / s2).

Matemaattisesti se voidaan ilmaista seuraavasti:

H = U + PV

Missä:

H = entalpia

U = järjestelmän sisäinen energia

P = paine

V = tilavuus

Jos sekä U että P ja V ovat tilafunktioita, niin H on myös. Tämä johtuu siitä, että tietyllä hetkellä järjestelmässä tutkittavalle muuttujalle voidaan antaa joitain alku- ja loppuehtoja.

Mikä on muodostumisen entalpia?

Se on järjestelmän absorboima tai vapauttama lämpö, ​​kun 1 mooli aineen tuotetta muodostuu sen elementeistä normaalissa aggregaatiotilassaan; kiinteä, nestemäinen, kaasumainen, liuos tai vakaimmassa allotrooppisessa tilassa.

Stabiilin hiilen allotrooppinen tila on grafiitti, sen lisäksi, että se on normaaliolosuhteissa paineessa 1 ilmakehä ja 25 ° C lämpötilassa.

Sitä merkitään nimellä ΔH ° f. Tällä tavoin:

ΔH ° f = H lopullinen - H alku

Δ: kreikkalainen kirjain, joka symboloi lopputilan ja alkutilan energian muutosta tai variaatiota. Alaindeksi f tarkoittaa yhdisteen muodostumista ja yläindeksiä tai vakio-olosuhteita.

esimerkki

Kun otetaan huomioon nestemäisen veden muodostumisreaktio

H2 (g) + ½ O2 (g) H20 (l) ΔH ° f = -285,84 kJ / mol

Reagenssit: Vety ja happi sen luonnollinen tila on kaasumainen.

Tuote: 1 mooli nestemäistä vettä.

On huomattava, että määritelmän mukaiset muodostumisen entalpiat ovat 1 moolille valmistettua yhdistettä, joten reaktiota on säädettävä mahdollisuuksien mukaan murtokertoimilla, kuten edellisessä esimerkissä nähtiin.

Eksoterminen ja endoterminen reaktio

Kemiallisessa prosessissa muodostumisen entalpia voi olla positiivinen ΔHof> 0, jos reaktio on endoterminen, ts. Se absorboi lämpöä väliaineesta tai negatiivinen ΔHof <0, jos reaktio on eksoterminen järjestelmän lämmönemissiolla.

Eksoterminen reaktio

Reaktanteilla on enemmän energiaa kuin tuotteilla.

AH ° f <0

Endoterminen reaktio

Reagoivien aineiden energia on alhaisempaa kuin tuotteiden.

AH ° f> 0

Kemiallisen yhtälön oikein kirjoittamiseksi sen on oltava molaarisesti tasapainossa. "Aineiden säilyttämistä koskevan lain" noudattamista varten sen on sisällettävä myös tiedot reagenssien ja tuotteiden fysikaalisesta tilasta, jota kutsutaan aggregaation tilaksi.

On myös otettava huomioon, että puhtaiden aineiden muodostumisen entalpia on nolla tavanomaisissa olosuhteissa ja vakaimmassa muodossaan.

Kemiallisessa järjestelmässä, jossa on reagensseja ja tuotteita, reaktion entalpia on yhtä suuri kuin muodostumisen entalpia standardiolosuhteissa.

AH ° rxn = AH ° f

Edellä esitetty huomioon ottaen meidän on:

ΔH ° rxn = ∑ntuottaa H ∑reaktiivisia tuotteita Hreaktiivisia

Seuraavat kuvitteellinen reaktio

aA + bB cC

Missä a, b, c ovat tasapainotetun kemiallisen yhtälön kertoimet.

Reaktion entalpian ilmaisu on:

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

Olettaen, että: a = 2 mol, b = 1 mol ja c = 2 mol.

AH ° f (A) = 300 KJ / mol, AH ° f (B) = -100 KJ / mol, AH ° f (C) = -30 KJ. Laske ΔH ° rxn

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

AH ° rxn = -560 KJ.

Sitten se vastaa eksotermistä reaktiota.

Joidenkin epäorgaanisten ja orgaanisten kemiallisten yhdisteiden muodostumisarvojen entalpia 25 ° C: n lämpötilassa ja 1 paineen paineessa

Harjoitukset entalpian laskemiseksi

Harjoitus 1

Löydä NO2: n (g) reaktion entalpia seuraavan reaktion mukaan:

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

Käyttämällä yhtälöä reaktion entalpialle, meillä on:

ΔH ° rxn = ∑ntuottaa H ∑reaktiivisia tuotteita Hreaktiivisia

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

Edellisen osan taulukossa voimme nähdä, että hapen muodostumisen entalpia on 0 KJ / mol, koska happi on puhdas yhdiste.

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

AH ° rxn = -114,14 KJ

Toinen tapa laskea reaktion entalpia kemiallisessa järjestelmässä on HESS-LAIN, jonka ehdotti sveitsiläinen kemisti Germain Henri Hess vuonna 1840.

Lain mukaan "Kemiallisessa prosessissa, jossa reagenssit muutetaan tuotteiksi, absorboitunut tai emittoitu energia on sama riippumatta siitä, suoritetaanko se yhdessä vaiheessa vai useammassa".

Harjoitus 2

Vedyn lisääminen asetyleeniin etaanin muodostamiseksi voidaan suorittaa yhdessä vaiheessa:

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

Tai se voi tapahtua myös kahdessa vaiheessa:

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

Lisäämällä molemmat yhtälöt algebrallisesti meillä on:

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

Harjoitus 3

(Otettu osoitteesta quimitube.com. Harjoitus 26. Hessin lain termodynamiikka)

Kuten ongelman ratkaisusta voidaan nähdä, vain osa numeerisista tiedoista ilmestyy, mutta kemiallisia reaktioita ei ilmesty, siksi ne on kirjoitettava.

CH3CH20H (l) + 3O2 (g) 2CO2 (g) +3 H20 (l) AH1 = -1380 KJ / mol.

Negatiivisen entalpian arvo kirjoitetaan, koska ongelman mukaan energiaa vapautuu. Meidän on myös otettava huomioon, että ne ovat 10 grammaa etanolia, siksi meidän on laskettava energia jokaiselle etanolimoolille. Tätä varten tehdään seuraava:

Etsitään etanolin moolimassaa (atomipainojen summa), arvo on 46 g / mol.

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

10 g etanolia 1 mol etanolia

Sama tehdään etikkahapolla:

CH3COOH (l) + 2O2 (g) 2CO2 (g) + 2 H20 (l) ΔH2 = -840 KJ / mol

AH2 = -140 KJ (60 g etikkahappoa) = - 840 KJ / mol

10 g etikkahappoa 1 mooli etikkahappoa.

Aikaisemmissa reaktioissa kuvataan etanolin ja etikkahapon palamista, joten on välttämätöntä kirjoittaa ongelmakaava, joka on etanolin hapetus etikkahapoksi veden tuotannon myötä.

Tämä on reaktio, jota ongelma vaatii. Se on jo tasapainoinen.

CH3CH2OH (l) + O2 (g) CH3COOH (l) + H20 (l) ΔH3 =?

Hessin lakihakemus

Tätä varten kerrotaan termodynaamiset yhtälöt numeerisilla kertoimilla, jotta niistä tehdään algebralliset ja pystytään järjestämään kukin yhtälö oikein. Tämä tehdään, kun yksi tai useampi reagenssi ei ole yhtälön vastaavalla puolella.

Ensimmäinen yhtälö pysyy samana, koska etanoli on reagenssin puolella, kuten ongelmayhtälö osoittaa.

Toinen yhtälö on kerrottava kertoimella -1 siten, että etikkahaposta, joka on reagenssia, voi tulla tuotetta

CH3CH20H (l) + 3O2 (g) 2CO2 (g) + 3H20 (l) AH1 = -1380 KJ / mol.

- CH3COOH (l) - 2O2 (g) - 2CO2 (g) - 2H20 (l) ΔH2 = - (-840 KJ / mol)

CH3CH3OH + 3O2 -2O2 - CH3COOH 2CO2 + 3H2O -2CO2

-2H2O

Ne lisäävät algebrallisesti ja tämä on tulos: ongelmassa vaadittu yhtälö.

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

Määritä reaktion entalpia.

Samalla tavalla kuin jokainen reaktio kerrottiin numeerisella kertoimella, entalpioiden arvo on myös kerrottava

AH3 = 1x AH1 -1xAH2 = 1x (-1380) -1x (-840)

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

AH3 = - 540 KJ / mol.

Edellisessä harjoituksessa etanolilla on kaksi reaktiota, palaminen ja hapettuminen.

Jokaisessa palamisreaktiossa muodostuu CO2 ja H2O, kun taas primaarisen alkoholin, kuten etanolin, hapetuksessa muodostuu etikkahappoa

Viitteet

1. Cedrón, Juan Carlos, Victoria Landa, Juana Robles (2011). Yleinen kemia. Opetusmateriaali. Lima: Perun paavalinen katolinen yliopisto.
2. Kemia. Libretexts. Lämpökemia. Otettu hem.libretexts.org.
3. Levine, I. Fysikaalinen kemia. vol.2.