Sådan beregnes reaktionsentalpier

Enthalpi er relateret til varmen, der enten afgives ved en reaktion eller kræves for at en reaktion skal finde sted. Det er relateret til styrken af ​​bindingerne i et stof, fordi der er potentiel energi i disse bindinger.

For at forstå entalpi skal første energi og termodynamik forstås. Hvad er termodynamik? Det er kvantitativ undersøgelse af energioverførsler og transformationer.

Der er mange former for energi: elektrisk energi, potentiale versus kinetisk energi, kemisk (bindings) energi eller varme. Atomer eller molekyler kan have elektrisk energi i den forstand, at elektronerne kan vindes eller doneres. Elektrisk energi er yderst vigtig, fordi elektroners opførsel bestemmer, hvordan et atom, molekyle eller stof reagerer.

Det elektrisk energi af molekyler vedrører begrebet stabilitet: Hvad elektroner ønsker at gøre. Orbitaler vil have skal udfyldes. Positive og negative ladninger tiltrækker hinanden for at opnå det lavest mulige energiniveau. Partikler med samme ladning vil frastøde hinanden. Dette hjælper med at forudsige, hvad elektroner vil gøre.

Ved dannelsen af ​​bindinger mellem atomer frigives energi eller kræves. Den mængde energi, der kræves for at binde elementer sammen, kaldes binde energi.

Energioverførsler og -transformationer:

• Kollisioner overfører kinetisk energi fra et objekt i bevægelse til et andet objekt.
• Et varmt stof ved siden af ​​et køligere stof vil resultere i en overførsel af energi (termisk) fra den ene til den anden.
• Potentiel energi overføres til kinetisk energi, når en sten falder fra en afsats. Når klippen rammer jorden, omdannes dets kinetiske energi til termisk energi.
• I en forbrændingsreaktion omdannes kemisk energi til termisk energi.
• I reaktioner, der ændrer molekylær makeup, kræves eller frigives energi.

Det Lov om energibesparelse siger, at energi hverken skabes eller ødelægges.

Det konceptet for et system og omgivelser i et lukket system er meget vigtigt inden for termodynamik. Når du måler temperaturændringer, er det overførslen af ​​energi fra systemet til omgivelserne (eller omvendt), du måler. Den samlede mængde energi ændres ikke, den overføres kun.

Enthalpy (H) er den termodynamiske funktion, der beskriver varmestrøm og udtrykkes i kJ / mol. Det er vigtigt at bemærke, at entalpi ikke strengt er et mål for varme, men er relateret til tryk og volumen, som du kan se i nedenstående formel.

Det dannelse entalpi er forskellen i entalpi mellem en forbindelse og de grundstoffer, den er lavet af.

H = E + pV

H = entalpi, E = energi, s = tryk, V = volumen

Første lov om termodynamik siger, at energien i et system plus dets omgivelser forbliver konstant og er en sum af varmen (q) og arbejdet (w), der finder sted i dette system.

ΔE = q + w

Arbejde er også en strøm af energi mellem et system og dets omgivelser. En nem måde at visualisere arbejde som energioverførsel på er at forestille sig stempler, der bevæger sig, når der udøves en kraft på dem.

Hess's lov: Når der er to eller flere afbalancerede kemiske ligninger, der viser trinene i en reaktion, ændres entalpi for nettoligning er summen af ​​ændringen i entalpier for hver enkelt ligning.

Dette understøtter det faktum, at entalpi er en tilstandsfunktion, hvilket betyder, at stien ikke påvirker slutresultatet med hensyn til måling af entalpi. Dette er i tråd med loven om bevarelse af energi, hvor energi hverken skabes eller ødelægges.

Når stoffer overgår mellem faser (fast, flydende, gas), kan energioverførslen beskrives med følgende formel:

q = nC_mΔT

q = varme, n = mol, C__m = molær varmekapacitet, _Δ__T = ændring i temperatur

Specifik varmekapacitet = den mængde energi, der kræves for at hæve temperaturen på 1 kg materiale med 1 grad Celsius

Molær specifik varmekapacitet = den mængde energi, der kræves for at hæve temperaturen på 1 mol materiale med 1 enhed

Eksempel 1: Beregn temperaturændringen, der skyldes tilføjelse af 250 J termisk energi til 0,50 mol kviksølv.

Visualiser diagrammet over varmesystemet og omgivelserne med pilens retning ind i systemet.

Brug formlen: q = nC_mAT

Da du bliver bedt om temperaturændringen, omarrangerer du formlen:

AT = q / nC_m

Slå op på den molære varmekapacitet for kviksølv: 28,3 J / mol K

AT = 250 J / (s.50 mol) (28,3 J / mol K)
AT = 17,7 K

Beregning af dannelse entalpi involverer at skrive afbalancerede kemiske ligninger og kombinere ændringen i entalpi af hvert trin. Du skal reducere ligningerne på en sådan måde, at du løser et enkelt atom af det atom, der er specificeret i spørgsmålet. Processen er veldefineret i eksemplet nedenfor.

Eksempel 2: Beregn entalpiændringen pr. Mol kulilte til reaktion af kulilte med ilt for at give kuldioxid.

Kulstof brændt med begrænset ilt vil resultere i kulilte (CO), men når der er tilstrækkelig ilt, vil produktet være kuldioxid (CO₂).

2 C (s) -> + O₂ (g) -> 2 CO (g)

AH = -221,0 kJ

2 C (s) + O₂ (g) -> CO₂ (g)

ΔH = -393,5 kJ

Omarranger den første ligning og vend ΔH, og afbalancer derefter den anden ligning.

2 CO 9g) -> 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

Annuller '2 C (er)' og 'O'₂'fra højre side af den første ligning med ækvivalenterne til venstre for den anden ligning for at opnå følgende:

2 CO (g) + O₂ (g) -> 2 CO₂ (g)

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

Da ligningen beder om 1 mol CO₂, ikke 2, divider alle dele af ligningen med 2 for at opnå dette.

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

AH = -566,0 kJ / 2 = -283,0 kJ

Kalorimetri er den videnskabelige måling af varmeoverførsel fra et system til omgivelserne eller omvendt. Der er to typer kalorimetre; det ene, hvor trykket forbliver konstant, og det andet, hvor trykket kan ændre sig. I et system med konstant tryk, hvis der er en volumenændring, er der sket udvidelsesarbejde. Et scenarie, hvor dette kan forekomme, er når en kemisk proces involverer gasser.