Jak vypočítat entalpie reakce

Entalpie souvisí s teplem, které je buď vydáváno reakcí, nebo které je nutné pro reakci. Souvisí to se silou vazeb v látce, protože v těchto vazbách je potenciální energie.

Abychom porozuměli entalpii, je třeba porozumět první energii a termodynamice. Co je termodynamika? To je kvantitativní studium energetických přenosů a transformací.

Existuje mnoho forem energie: elektrická energie, potenciální versus kinetická energie, chemická (vazebná) energie nebo teplo. Atomy nebo molekuly mohou mít elektrickou energii v tom smyslu, že elektrony lze získat nebo darovat. Elektrická energie je nesmírně důležitá, protože chování elektronů určuje, jak reaguje atom, molekula nebo látka.

The elektrická energie molekul souvisí s konceptem stability: Co elektrony chtějí dělat. Orbitály chci být vyplněn. Kladné a záporné náboje se navzájem přitahují k získání nejnižší možné úrovně energie. Částice se stejným nábojem budou odrazit navzájem. To pomáhá předpovídat, co budou dělat elektrony.

Při vytváření vazeb mezi atomy se energie uvolňuje nebo vyžaduje. Množství energie, které je potřebné k propojení prvků dohromady, se označuje jako energie vazby.

Převody a transformace energie:

• Kolize přenášejí kinetickou energii z pohybujícího se objektu do jiného objektu.
• Horká látka vedle chladnější látky bude mít za následek přenos energie (tepelné) z jedné do druhé.
• Potenciální energie se přenáší na kinetickou energii, když kámen spadne z římsy. Když skála dopadne na zem, její kinetická energie se přemění na tepelnou energii.
• Při spalovací reakci se chemická energie přeměňuje na tepelnou energii.
• V reakcích, které mění molekulární složení, je energie buď vyžadována, nebo uvolňována.

The Zákon zachování energie uvádí, že energie není ani vytvořena, ani zničena.

The koncepce systému a okolí v uzavřeném systému je velmi důležitý v termodynamice. Když měříte změny teploty, měříte právě přenos energie ze systému do okolí (nebo naopak). Celkové množství energie se nemění, pouze se přenáší.

Entalpie (H) je termodynamická funkce, která popisuje tepelný tok a je vyjádřena v kJ / mol. Je důležité si uvědomit, že entalpie není striktně mírou tepla, ale souvisí s tlakem a objemem, jak vidíte ve vzorci níže.

The entalpie formace je rozdíl v entalpii mezi sloučeninou a prvky, ze kterých je složena.

H = E + pV

H = entalpie, E = energie, p = tlak, PROTI = objem

První zákon termodynamiky uvádí, že energie systému plus jeho okolí zůstává konstantní a je součtem tepla (q) a práce (w), které se v tomto systému odehrávají.

ΔE = q + w

Práce je také tok energie mezi systémem a jeho okolím. Snadný způsob, jak si představit práci jako přenos energie, je představit si písty, které se pohybují, když na ně působí síla.

Hessův zákon: Pokud existují dvě nebo více vyvážených chemických rovnic, které ukazují kroky reakce, změna entalpie pro čistá rovnice je součet změny entalpií pro každou jednotlivou rovnici.

To podporuje skutečnost, že entalpie je a stavová funkce, což znamená, že zvolená cesta neovlivňuje konečný výsledek, pokud jde o měření entalpie. To je v souladu se zákonem zachování energie, při kterém se energie ani nevytváří, ani nezničí.

Při přechodu látek mezi fázemi (pevná látka, kapalina, plyn) lze přenos energie popsat pomocí následujícího vzorce:

q = nC_mΔT

q = teplo, n = krtci, C__m = molární tepelná kapacita, _Δ__T = změna teploty

Specifická tepelná kapacita = množství energie potřebné ke zvýšení teploty 1 kg materiálu o 1 stupeň Celsia

Molární měrná tepelná kapacita = množství energie potřebné ke zvýšení teploty 1 molu materiálu o 1 jednotku

Příklad 1: Vypočítejte změnu teploty, která je výsledkem přidání 250 J tepelné energie k 0,50 molům rtuti.

Vizualizujte diagram tepelného systému a okolí s pokračujícím směrem šipky do systém.

Použijte vzorec: q = nC_mΔT

Protože jste požádáni o změnu teploty, uspořádáte vzorec:

ΔT = q / nC_m

Najděte molární tepelnou kapacitu rtuti: 28,3 J / mol K.

ΔT = 250 J / (p.50 mol) (28,3 J / mol K)
ΔT = 17,7 K.

Výpočet entalpie formace zahrnuje psaní vyvážených chemických rovnic a kombinaci změny entalpie každého kroku. Rovnice musíte zmenšit tak, abyste řešili jeden atom atomu, který je uveden v otázce. Proces je dobře definován v níže uvedeném příkladu.

Příklad 2: Vypočítejte změnu entalpie na mol oxidu uhelnatého pro reakci oxidu uhelnatého s kyslíkem za vzniku oxidu uhličitého.

Uhlík spalovaný s omezeným množstvím kyslíku bude mít za následek vznik oxidu uhelnatého (CO), avšak při dostatečném množství kyslíku bude produktem oxid uhličitý (CO₂).

2 C (s) -> + O₂ (g) -> 2 CO (g)

ΔH = -221,0 kJ

2 C (s) + O₂ (g) -> CO₂ (G)

ΔH = -393,5 kJ

Změňte uspořádání první rovnice a obráťte ΔH, poté vyvážte druhou rovnici.

2 CO 9 g) -> 2 C (s) + O₂ (G)

ΔH = +221,0 kJ

2 C (s) +20₂ (g) -> 2 CO₂ (G)

ΔH = (2 mol) (- 393,5 kJ) = -787,0 kJ

Zrušte „2 C“ a „O₂„z pravé strany první rovnice s ekvivalenty na levé straně druhé rovnice k dosažení následujícího:

2 CO (g) + O₂ (g) -> 2 CO₂ (G)

ΔH = (221,0 kJ) + (-787,0 kJ) = -566,0 kJ

Protože rovnice požaduje 1 mol CO₂, ne 2, vydělte všechny části rovnice 2, abyste toho dosáhli.

CO (g) + 1/2 O2 (g) -> CO2 (g)

ΔH = -566,0 kJ / 2 = -283,0 kJ

Kalorimetrie je vědecké měření přenosu tepla ze systému do okolí nebo naopak. Existují dva typy kalorimetrů; jeden, kde tlak zůstává konstantní a druhý, kde se tlak může měnit. Pokud v systému s konstantním tlakem dojde ke změně objemu, došlo k expanzní práci. Jeden scénář, kde k tomu může dojít, je situace, kdy chemický proces zahrnuje plyny.