Kako izračunati promjenu entalpije

Sadržaj

• TL; DR (Predugo; nisam pročitao)
• Definicija entalpije
• Jednostavno računanje promjene entalpije
• Enthalpija faznih prijelaza
• Hessov zakon

Promjena entalpije reakcije je količina topline koja se apsorbira ili oslobađa tijekom reakcije, ako se događa pod stalnim pritiskom. Izračun dovršite na različite načine, ovisno o konkretnoj situaciji i informacijama koje imate na raspolaganju. Za mnoge izračune Hess je zakon ključni podatak koji trebate upotrijebiti, ali ako znate entalpiju proizvoda i reaktanata, izračunavanje je mnogo jednostavnije.

TL; DR (Predugo; nisam pročitao)

Promjene entalpije možete izračunati jednostavnom formulom: ∆H = H_proizvodi - H_reaktanata

Definicija entalpije

Točna definicija entalpije (H) zbroj je unutarnje energije (U) plus produkta tlaka (P) i volumena (V). U simbolima je to:

H = U + PV

Promjena entalpije (∆H) je:

∆H = ∆U + ∆P∆V

Ako simbol delta (∆) znači "promjena." U praksi se tlak drži konstantnim i gornja jednadžba je bolje prikazana kao:

∆H = ∆U + P∆V

Međutim, za stalan pritisak, promjena entalpije je jednostavno prenesena toplina (q):

∆H = q

Ako je (q) pozitivan, reakcija je endotermična (tj. Apsorbira toplinu iz svoje okoline), a ako je negativna, reakcija je egzotermna (tj. Oslobađa toplinu u svoju okolinu). Entalpija ima jedinice kJ / mol ili J / mol, ili općenito, energiju / masu. Gore navedene jednadžbe doista su povezane s fizikom protoka topline i energijom: termodinamikom.

Jednostavno računanje promjene entalpije

Najosnovniji način izračunavanja entalpije mijenja se entalpija proizvoda i reaktanata. Ako znate ove količine, koristite sljedeću formulu za izradu ukupne promjene:

∆H = H_proizvodi - H_reaktanata

Dodavanje natrijevog iona kloridnom ionu radi dobivanja natrijevog klorida primjer je reakcije koju možete izračunati na ovaj način. Ionski natrij ima entalpiju –239,7 kJ / mol, a kloridni ion ima entalpiju –167,4 kJ / mol. Natrijev klorid (kuhinjska sol) ima entalpiju od –411 kJ / mol. Umetanje tih vrijednosti daje:

∆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

Tako nastajanje soli oslobađa gotovo 4 kJ energije po molu.

Enthalpija faznih prijelaza

Kada se tvar promijeni iz krute u tekuću, tekuću u plinsku ili iz krute u plinsku, u te promjene postoje posebne entalpije. Entalpija (ili latentna toplina) taljenja opisuje prijelaz iz krute tvari u tekućinu (obrnuto je minus ta vrijednost i naziva se entalpija fuzije), entalpija isparavanja opisuje prijelaz iz tekućine u plin (a suprotno je kondenzacija) i entalpija sublimacije opisuje prijelaz iz krute tvari u plin (naličje se opet naziva entalpija kondenzacije).

Za vodu je entalpija taljenja ∆H_topljenje = 6.007 kJ / mol. Zamislite da grijate led od 250 Kelvina dok se ne otopi, a zatim zagrijavate vodu na 300 K. Promjena entalpije za dijelove za grijanje potrebna je samo toplina, tako da je možete pronaći pomoću:

∆H = nC∆T

Gdje je (n) broj molova, (∆T) je promjena temperature i (C) specifična toplina. Specifična toplina leda je 38,1 J / K mol, a specifična toplina vode je 75,4 J / K mol. Dakle, proračun se odvija u nekoliko dijelova. Prvo, led se mora zagrijati sa 250 K na 273 K (tj., -23 ° C do 0 ° C). Za 5 molova leda ovo je:

∆H = nC∆T

= 5 mol × 38,1 J / K mol × 23 K

= 4.382 kJ

Sada pomnožite entalpiju taljenja s brojem molova:

∆H = n ∆H_topljenje

= 5 mol × 6.007 kJ / mol

= 30.035 kJ

Izračuni za isparavanje su isti, osim s entalpijom isparavanja na mjestu onečišćenja. Konačno, izračunajte zadnju fazu grijanja (od 273 do 300 K) na isti način kao prvu:

∆H = nC∆T

= 5 mol × 75,4 J / K mol × 27 K

= 10.179 kJ

Zbrojite ove dijelove da biste pronašli potpunu promjenu entalpije za reakciju:

* H_ukupno = 10.179 kJ + 30.035 kJ + 4.382 kJ

= 44.596 kJ

Hessov zakon

Hessov zakon je koristan kad reakcija koju razmatraš ima dva ili više dijelova i želiš pronaći ukupnu promjenu entalpije. Navodi da je promjena entalpije za reakciju ili postupak neovisna o putu kojim se događa. To znači da ako se reakcija transformira na tvari u drugu, nije važno da li se reakcija događa u jednom koraku (reaktanti postaju proizvodi odmah) ili prolazi li kroz mnoge korake (reaktanti postaju posrednici, a zatim postaju proizvodi), rezultirajuća entalpija se mijenja isto je u oba slučaja.

Obično vam pomaže da napravite dijagram (vidi Resursi) koji će vam pomoći u korištenju ovog zakona. Primjer je ako započnete sa šest molova ugljika kombiniranim s tri vodika, koji se tada spajaju s kisikom kao posredničkim korakom, a zatim formiraju benzen kao krajnji proizvod.

Hess-ov zakon kaže da je promjena entalpije reakcije zbroj promjena u entalpiji oba dijela. U ovom slučaju, izgaranje jednog mola ugljika ima ∆H = −394 kJ / mol (to se događa šest puta u reakciji), promjena entalpije za izgaranje jednog mola vodikovog plina je ∆H = −286 kJ / mol (ovo se događa tri puta), a posrednici ugljičnog dioksida i vode postaju benzen s promjenom entalpije od ∆H = +3,267 kJ / mol.

Uzmite zbroj tih promjena da biste pronašli ukupnu promjenu entalpije, pamteći da množite svaki broj mola potreban u prvoj fazi reakcije:

* H_ukupno = 6×(−394) + 3×(−286) +3,267

= 3,267 − 2,364 - 858

= 45 kJ / mol