Die Enthalpie bezieht sich auf die Wärme, die entweder durch eine Reaktion abgegeben wird oder für eine Reaktion benötigt wird. Es hängt mit der Stärke der Bindungen in einer Substanz zusammen, da in diesen Bindungen potenzielle Energie vorhanden ist.
Um die Enthalpie zu verstehen, müssen zunächst Energie und Thermodynamik verstanden werden. Was ist Thermodynamik? Es ist das quantitativ Studium der Energieübertragungen und -transformationen.
Energieformen
Es gibt viele Energieformen: elektrische Energie, potentielle versus kinetische Energie, chemische (Bindungs-)Energie oder Wärme. Atome oder Moleküle können elektrische Energie in dem Sinne haben, dass die Elektronen gewonnen oder abgegeben werden können. Elektrische Energie ist extrem wichtig, denn das Verhalten von Elektronen bestimmt, wie ein Atom, Molekül oder eine Substanz reagiert.
Das elektrische Energie von Molekülen bezieht sich auf das Konzept der Stabilität: Was Elektronen tun wollen. Orbitale wollen voll sein. Positive und negative Ladungen ziehen sich gegenseitig an, um ein möglichst niedriges Energieniveau zu erreichen. Partikel mit der gleichen Ladung werden
abstoßen gegenseitig. Dies hilft bei der Vorhersage, was Elektronen tun werden.Bei der Bildung von Bindungen zwischen Atomen wird Energie entweder freigesetzt oder benötigt. Die Energiemenge, die benötigt wird, um Elemente miteinander zu verbinden, wird als bezeichnet Bindungsenergie.
Energietransfers und Transformationen:
- Kollisionen übertragen kinetische Energie von einem sich bewegenden Objekt auf ein anderes Objekt.
- Ein heißer Stoff neben einem kühleren Stoff führt zu einer Energieübertragung (thermisch) von einem zum anderen.
- Potentielle Energie wird in kinetische Energie umgewandelt, wenn ein Stein von einem Felsvorsprung fällt. Beim Auftreffen des Gesteins auf den Boden wird seine kinetische Energie in Wärmeenergie umgewandelt.
- Bei einer Verbrennungsreaktion wird chemische Energie in thermische Energie umgewandelt.
- Bei Reaktionen, die den molekularen Aufbau verändern, wird Energie entweder benötigt oder freigesetzt.
Das Gesetz der Energieerhaltung besagt, dass Energie weder erzeugt noch vernichtet wird.
Das Konzept eines Systems und einer Umgebung in einem geschlossenen System ist in der Thermodynamik sehr wichtig. Wenn Sie Temperaturänderungen messen, messen Sie die Energieübertragung vom System an die Umgebung (oder umgekehrt). Die Gesamtenergiemenge ändert sich nicht, sie wird nur übertragen.
Definition von Enthalpie
Enthalpie (H) ist die thermodynamische Funktion, die den Wärmefluss beschreibt und in kJ/mol ausgedrückt wird. Es ist wichtig zu beachten, dass die Enthalpie kein striktes Maß für die Wärme ist, sondern mit Druck und Volumen zusammenhängt, wie Sie in der folgenden Formel sehen können.
Das Bildungsenthalpie ist der Enthalpieunterschied zwischen einer Verbindung und den Elementen, aus denen sie besteht.
Formel für Enthalpie
H = E + pV
H = Enthalpie, E = Energie, p = Druck, V = Volumen
Erster Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass die Energie eines Systems plus seiner Umgebung konstant bleibt und eine Summe der Wärme ist (q) und die Arbeit (w), die in diesem System stattfinden.
E = q + w
Arbeit ist auch ein Energiefluss zwischen einem System und seiner Umgebung. Eine einfache Möglichkeit, sich Arbeit als Energieübertragung vorzustellen, besteht darin, sich Kolben vorzustellen, die sich bewegen, wenn eine Kraft auf sie ausgeübt wird.
Hesssches Gesetz: Wenn es zwei oder mehr ausgewogene chemische Gleichungen gibt, die die Schritte einer Reaktion zeigen, wird die Enthalpieänderung für die Nettogleichung ist die Summe der Enthalpienänderung für jede einzelne Gleichung.
Dies unterstützt die Tatsache, dass die Enthalpie a Zustandsfunktion, was bedeutet, dass der eingeschlagene Weg das Endergebnis in Bezug auf die Enthalpiemessung nicht beeinflusst. Dies steht im Einklang mit dem Energieerhaltungssatz, bei dem Energie weder erzeugt noch vernichtet wird.
Beim Übergang von Stoffen zwischen Phasen (fest, flüssig, gasförmig) kann die Energieübertragung mit folgender Formel beschrieben werden:
q = nCichΔT
q = Hitze, nein = Maulwürfe, C_ich = molare Wärmekapazität, _Δ__T = Temperaturänderung
Spezifische Wärmekapazität = die Energiemenge, die erforderlich ist, um die Temperatur von 1 kg Material um 1 Grad Celsius zu erhöhen
Molare spezifische Wärmekapazität = die Energiemenge, die erforderlich ist, um die Temperatur von 1 Mol Material um 1 Einheit zu erhöhen
Berechnung der Reaktionsenthalpie
Beispiel 1: Berechnen Sie die Temperaturänderung, die sich aus der Zugabe von 250 J thermischer Energie zu 0,50 Mol Quecksilber ergibt.
Visualisieren Sie das Diagramm des Wärmesystems und der Umgebung mit der Pfeilrichtung in das System.
Verwenden Sie die Formel: q = nCichT
Da Sie nach der Temperaturänderung gefragt werden, ordnen Sie die Formel um:
T = q/nCich
Schauen Sie die molare Wärmekapazität von Quecksilber nach: 28,3 J/mol K
T = 250 J/(p.50 mol)(28,3 J/mol K)
T = 17,7 K
Bildungsenthalpie
Berechnung der Bildungsenthalpie beinhaltet das Schreiben ausgewogener chemischer Gleichungen und das Kombinieren der Enthalpieänderung jedes Schrittes. Sie müssen die Gleichungen so reduzieren, dass Sie nach einem einzelnen Atom des in der Frage angegebenen Atoms auflösen. Der Prozess ist im folgenden Beispiel gut definiert.
Berechnung der Bildungsenthalpie
Beispiel 2: Berechnen Sie die Enthalpieänderung pro Mol Kohlenmonoxid für die Reaktion von Kohlenmonoxid mit Sauerstoff zu Kohlendioxid.
Kohlenstoff, der mit begrenztem Sauerstoff verbrannt wird, führt zu Kohlenmonoxid (CO), aber wenn genügend Sauerstoff vorhanden ist, ist das Produkt Kohlendioxid (CO2).
2 C (s) --> + O2 (g) --> 2 CO (g)
H = -221,0 kJ
2 C (s) + O2 (g) --> CO2 (G)
H = -393,5 kJ
Ordnen Sie die erste Gleichung um und kehren Sie ΔH um, dann gleichen Sie die zweite Gleichung aus.
2 CO 9g) --> 2 C (s) + O2 (G)
ΔH = +221,0 kJ
2 C (s) + 2 O2 (g) --> 2 CO2 (G)
ΔH = (2 mol)(-393,5 kJ) = -787,0 kJ
Streiche die '2 C(s)' und die 'O2' von der rechten Seite der ersten Gleichung mit den Äquivalenten auf der linken Seite der zweiten Gleichung, um Folgendes zu erreichen:
2 CO (g) + O2 (g) --> 2 CO2 (G)
ΔH = (221,0 kJ) + (-787,0 kJ) = -566,0 kJ
Da die Gleichung 1 Mol CO. verlangt2, nicht 2, dividiere alle Teile der Gleichung durch 2, um dies zu erreichen.
CO (g) + 1/2 O2 (g) --> CO2 (g)
ΔH = -566,0 kJ/2 = -283,0 kJ
Methoden zur Messung der Enthalpie
Kalorimetrie ist die wissenschaftliche Messung des Wärmeübergangs von einem System in die Umgebung oder umgekehrt. Es gibt zwei Arten von Kalorimetern; eine, bei der der Druck konstant bleibt, und die andere, bei der sich der Druck ändern kann. In einem System mit konstantem Druck ist bei einer Volumenänderung Expansionsarbeit aufgetreten. Ein Szenario, in dem dies auftreten kann, ist, wenn ein chemischer Prozess Gase beinhaltet.