Jak vypočítat změnu entalpie

Změna entalpie reakce je množství tepla absorbovaného nebo uvolněného v průběhu reakce, pokud k ní dochází při konstantním tlaku. Výpočet dokončíte různými způsoby v závislosti na konkrétní situaci a na tom, jaké informace máte k dispozici. U mnoha výpočtů je Hessův zákon klíčovou informací, kterou potřebujete použít, ale pokud znáte entalpii produktů a reaktantů, je výpočet mnohem jednodušší.

TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)

Změny entalpie můžete vypočítat pomocí jednoduchého vzorce: ∆H = H_produkty - H_reaktanty

Přesná definice entalpie (H) je součtem vnitřní energie (U) plus součin tlaku (P) a objemu (V). V symbolech to je:

H = U + PV

Změna entalpie (∆H) je tedy:

∆H = ∆U + ∆P∆V

Kde symbol delta (∆) znamená „změna“. V praxi je tlak udržován konstantní a výše uvedená rovnice je lépe znázorněna jako:

∆H = ∆U + P∆V

Pro konstantní tlak je však změna entalpie jednoduše přenášeným teplem (q):

∆H = q

Pokud je (q) pozitivní, reakce je endotermická (tj. Absorbuje teplo ze svého okolí), a pokud je negativní, reakce je exotermická (tj. Uvolňuje teplo do svého okolí). Entalpie má jednotky kJ / mol nebo J / mol nebo obecně energii / hmotnost. Výše uvedené rovnice skutečně souvisí s fyzikou toku tepla a energie: termodynamika.

Nejzákladnějším způsobem výpočtu změny entalpie je použití entalpie produktů a reaktantů. Pokud znáte tato množství, použijte následující vzorec k výpočtu celkové změny:

∆H = H_produkty - H_reaktanty

Přidání iontu sodného k chloridovému iontu za vzniku chloridu sodného je příkladem reakce, kterou lze vypočítat tímto způsobem. Iontový sodík má entalpii -239,7 kJ / mol a chloridový ion má entalpii -167,4 kJ / mol. Chlorid sodný (kuchyňská sůl) má entalpii -411 kJ / mol. Vložením těchto hodnot získáte:

∆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

Tvorba soli tedy uvolňuje téměř 4 kJ energie na mol.

Když se látka mění z pevné látky na kapalinu, kapalinu na plyn nebo pevnou látku na plyn, jsou do těchto změn zapojeny specifické entalpie. Entalpie (nebo latentní teplo) tání popisuje přechod z pevné látky na kapalinu (rub je minus tato hodnota a nazývá se entalpie fúze), entalpie vaporizace popisuje přechod z kapaliny na plyn (a opakem je kondenzace) a entalpie sublimace popisuje přechod z pevné látky na plyn (rub se opět nazývá entalpie kondenzace).

U vody je entalpie tání ∆H_tání = 6,007 kJ / mol. Představte si, že ohříváte led z 250 Kelvinů, dokud se neroztaje, a poté ohřejete vodu na 300 K. Změnou entalpie u topných částí je pouze potřebné teplo, takže ji najdete pomocí:

∆H = nC∆T

Kde (n) je počet molů, (∆T) je změna teploty a (C) je specifické teplo. Specifické teplo ledu je 38,1 J / K mol a měrné teplo vody je 75,4 J / K mol. Výpočet tedy probíhá v několika částech. Nejprve musí být led zahříván z 250 K na 273 K (tj. −23 ° C až 0 ° C). U 5 molů ledu to je:

∆H = nC∆T

= 5 mol × 38,1 J / K mol × 23 K.

= 4,382 kJ

Nyní vynásobte entalpii tání počtem krtků:

∆H = n ∆H_tání

= 5 mol × 6,007 kJ / mol

= 30,035 kJ

Výpočty pro odpařování jsou stejné, s výjimkou entalpie odpařování namísto tajícího. Nakonec vypočítejte konečnou fázi ohřevu (od 273 do 300 K) stejným způsobem jako první:

∆H = nC∆T

= 5 mol × 75,4 J / K mol × 27 K.

= 10,179 kJ

Sečtěte tyto části a najděte celkovou změnu entalpie pro reakci:

∆H_celkový = 10,179 kJ + 30,035 kJ + 4,382 kJ

= 44 596 kJ

Hessův zákon je užitečný, když má reakce, kterou zvažujete, dvě nebo více částí a chcete najít celkovou změnu entalpie. Uvádí, že změna entalpie pro reakci nebo proces je nezávislá na cestě, kterou k ní dochází. To znamená, že pokud se reakce transformuje na látku na jinou, nezáleží na tom, zda k reakci dojde v jednom kroku (reaktanty se stávají produkty okamžitě) nebo zda prochází mnoha kroky (reaktanty se stávají prostředníky a poté se stávají produkty), je výsledná změna entalpie stejná v oba případy.

Obvykle vám pomůže nakreslit diagram (viz Zdroje), který vám pomůže s používáním tohoto zákona. Jedním příkladem je, pokud začnete se šesti moly uhlíku kombinovanými se třemi vodíky, které se spalují, aby se spojily s kyslíkem jako mezistupeň a poté jako konečný produkt vznikl benzen.

Hessův zákon uvádí, že změna entalpie reakce je součtem změn entalpie obou částí. V tomto případě má spalování jednoho molu uhlíku ∆H = −394 kJ / mol (k tomu v reakci dochází šestkrát), což je změna entalpie pro spalování jednoho molu plynného vodíku je ∆H = −286 kJ / mol (k tomu dochází třikrát) a prostředníky oxidu uhličitého a vody se stávají benzenem se změnou entalpie ∆H = +3 267 kJ / mol.

Vezměte součet těchto změn a najděte celkovou změnu entalpie, pamatujte na to, že každou vynásobte počtem molů potřebných v první fázi reakce:

∆H_celkový = 6×(−394) + 3×(−286) +3,267

= 3,267 − 2,364 - 858

= 45 kJ / mol