Enhalpyændringen af en reaktion er den mængde varme, der absorberes eller frigives, når reaktionen finder sted, hvis den sker ved et konstant tryk. Du gennemfører beregningen på forskellige måder afhængigt af den specifikke situation, og hvilke oplysninger du har til rådighed. For mange beregninger er Hess's lov det vigtigste stykke information, du skal bruge, men hvis du kender entalpi af produkterne og reaktanterne, er beregningen meget enklere.
TL; DR (for lang; Har ikke læst)
Du kan beregne ændringer i entalpi ved hjælp af den enkle formel: ∆H = HProdukter - Hreaktanter
Definition af entalpi
Den nøjagtige definition af entalpi (H) er summen af den indre energi (U) plus produktet af tryk (P) og volumen (V). I symboler er dette:
H = U + PV
En ændring i entalpi (∆H) er derfor:
∆H = ∆U + ∆P∆V
Hvor delta-symbolet (∆) betyder "ændring i." I praksis holdes trykket konstant, og ovenstående ligning vises bedre som:
∆H = ∆U + P∆V
For et konstant tryk er ændringen i entalpi imidlertid simpelthen den overførte varme (q):
∆H = q
Hvis (q) er positiv, er reaktionen endoterm (dvs. absorberer varme fra omgivelserne), og hvis den er negativ, er reaktionen eksoterm (dvs. frigiver varme til omgivelserne). Enthalpy har enheder på kJ / mol eller J / mol eller generelt energi / masse. Ligningerne ovenfor er virkelig relateret til fysik af varmestrøm og energi: termodynamik.
Enkel beregning af ændring af entalpi
Den mest basale måde at beregne entalpiændring på bruger entalpi af produkterne og reaktanterne. Hvis du kender disse mængder, skal du bruge følgende formel til at beregne den samlede ændring:
∆H = HProdukter - Hreaktanter
Tilsætningen af en natriumion til en chloridion for at danne natriumchlorid er et eksempel på en reaktion, du kan beregne på denne måde. Jonisk natrium har en entalpi på -239,7 kJ / mol, og chloridion har entalpi -167,4 kJ / mol. Natriumchlorid (bordsalt) har en entalpi på -411 kJ / mol. Indsættelse af disse værdier giver:
∆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
Så dannelsen af salt frigiver næsten 4 kJ energi pr. Mol.
Enthalpy af faseovergange
Når et stof skifter fra fast til flydende, flydende til gas eller fast til gas, er der specifikke entalpier involveret i disse ændringer. Smeltens entalpi (eller latent varme) beskriver overgangen fra fast til væske (det modsatte er minus denne værdi og kaldes fusionsens entalpi), fordampningsentalpi beskriver den overgang fra væske til gas (og det modsatte er kondens) og sublimeringens entalpi beskriver overgangen fra fast til gas (det modsatte kaldes igen kondalens entalpi).
For vand er smeltens entalpi ∆Hsmelter = 6,007 kJ / mol. Forestil dig, at du opvarmer is fra 250 Kelvin, indtil den smelter, og opvarm derefter vandet til 300 K. Entalpiændringen for varmedele er kun den nødvendige varme, så du kan finde den ved hjælp af:
∆H = nC∆T
Hvor (n) er antallet af mol, er (∆T) ændringen i temperatur, og (C) er den specifikke varme. Den specifikke isvarme er 38,1 J / K mol, og den specifikke varme af vand er 75,4 J / K mol. Så beregningen finder sted i nogle få dele. Først skal isen opvarmes fra 250 K til 273 K (dvs. -23 ° C til 0 ° C). For 5 mol is er dette:
∆H = nC∆T
= 5 mol × 38,1 J / K mol × 23 K
= 4,382 kJ
Multiplicer nu smeltens entalpi med antallet af mol:
∆H = n ∆Hsmelter
= 5 mol × 6,007 kJ / mol
= 30,035 kJ
Beregningerne for fordampning er de samme, undtagen med fordampningsentalpi i stedet for den smeltende. Endelig beregnes den endelige opvarmningsfase (fra 273 til 300 K) på samme måde som den første:
∆H = nC∆T
= 5 mol × 75,4 J / K mol × 27 K
= 10,179 kJ
Summ disse dele for at finde den samlede ændring i entalpi til reaktionen:
∆HTotal = 10,179 kJ + 30,035 kJ + 4,382 kJ
= 44,596 kJ
Hess's lov
Hess's lov er nyttig, når den reaktion, du overvejer, har to eller flere dele, og du vil finde den samlede ændring i entalpi. Det hedder, at entalpiændringen for en reaktion eller proces er uafhængig af den rute, gennem hvilken den finder sted. Dette betyder, at hvis reaktion omdannes til stof til et andet, betyder det ikke noget, om reaktionen sker i et trin (reaktanter bliver produkter straks) eller om det går gennem mange trin (reaktanter bliver formidlere og derefter bliver produkter), er den resulterende entalpiændring den samme i begge tilfælde.
Det hjælper normalt med at tegne et diagram (se Ressourcer) for at hjælpe dig med at bruge denne lov. Et eksempel er, hvis du starter med seks mol kulstof kombineret med tre brint, de forbrændes for at kombinere med ilt som et mellemliggende trin og derefter danne benzen som et slutprodukt.
Hess 'lov siger, at ændringen i reaktionens entalpi er summen af ændringer i entalpi af begge dele. I dette tilfælde har forbrændingen af en mol kul ∆H = −394 kJ / mol (dette sker seks gange i reaktionen), ændringen i entalpi til forbrændingen af en mol af brintgas er ∆H = −286 kJ / mol (dette sker tre gange), og kuldioxid- og vandmellemformerne bliver benzen med en entalpiændring på ∆H = +3,267 kJ / mol.
Tag summen af disse ændringer for at finde den samlede entalpiændring, og husk at gange hver med antallet af mol, der er brug for i reaktionens første trin:
∆HTotal = 6×(−394) + 3×(−286) +3,267
= 3,267 − 2,364 - 858
= 45 kJ / mol