Kuidas arvutada reaktsiooni entalpiaid

Entalpia on seotud kuumusega, mis reaktsiooniga kas eraldub või on vajalik reaktsiooni toimumiseks. See on seotud aine sidemete tugevusega, kuna nendes sidemetes on potentsiaalset energiat.

Entalpia mõistmiseks tuleb mõista esimest energiat ja termodünaamikat. Mis on termodünaamika? See on kvantitatiivne energiaülekannete ja muundumiste uurimine.

Energia vorme on palju: elektrienergia, potentsiaal versus kineetiline energia, keemiline (side) energia või soojus. Aatomitel või molekulidel võib olla elektrienergia selles mõttes, et elektrone on võimalik saada või annetada. Elektrienergia on äärmiselt oluline, kuna elektronide käitumine määrab aatomi, molekuli või aine reageerimise.

The elektrienergia molekulide arv on seotud stabiilsuse mõistega: mida elektronid teha tahavad. Orbitaalid tahan tuleb täita. Positiivsed ja negatiivsed laengud meelitavad üksteist võimalikult madala energiataseme saamiseks. Osakesed sama laenguga tõrjuma üksteist. See aitab ennustada, mida elektronid teevad.

Aatomite vaheliste sidemete moodustumisel energia kas vabaneb või on vajalik. Elementide kokku sidumiseks vajalikku energiahulka nimetatakse sideme energia.

Energia ülekanded ja muundamised:

• Kokkupõrked kannavad kineetilist energiat liikuvalt objektilt teisele objektile.
• Jaheda aine kõrval olev kuum aine põhjustab energia (termilise) ülekande ühelt teisele.
• Potentsiaalne energia kandub kineetilisse energiasse, kui kivi langeb riffilt. Kui kivi põrkab vastu maad, muundub selle kineetiline energia soojusenergiaks.
• Põlemisreaktsioonis muundatakse keemiline energia soojusenergiaks.
• Reaktsioonides, mis muudavad molekulaarset moodustumist, on energia vajalik või vajalik.

The Energiasäästu seadus väidab, et energiat ei looda ega hävitata.

The süsteemi mõiste ja ümbrus suletud süsteemis on termodünaamikas väga oluline. Temperatuurimuutuste mõõtmisel mõõdetakse just energia ülekandmist süsteemist ümbritsevasse (või vastupidi). Energia üldkogus ei muutu, see kantakse ainult üle.

Entalpia (H) on termodünaamiline funktsioon, mis kirjeldab soojusvoogu ja mida väljendatakse kJ / mol. Oluline on märkida, et entalpia ei ole rangelt soojuse näitaja, vaid on seotud rõhu ja mahuga, nagu näete allolevast valemist.

The moodustumise entalpia on entalpia erinevus ühendil ja elementidel, millest see koosneb.

H = E + pV

H = entalpia, E = energia, lk = rõhk, V = maht

Esimene termodünaamika seadus väidab, et süsteemi energia koos selle ümbrusega jääb konstantseks ja on soojuse summa (q) ja töö (w), mis selles süsteemis toimuvad.

ΔE = q + w

Töö on ka energia voog süsteemi ja selle ümbruse vahel. Lihtne viis töö kui energiaülekande visualiseerimiseks on ette kujutada kolbe, mis liiguvad siis, kui neile avaldub jõud.

Hessi seadus: Kui reaktsiooni etappide näitamiseks on kaks või enam tasakaalustatud keemilist võrrandit, muutub muutus entalpias netovõrrand on iga üksikvõrrandi entalpiate muutuste summa.

See toetab asjaolu, et entalpia on a riigi funktsioon, mis tähendab, et valitud tee ei mõjuta entalpia mõõtmise lõpptulemust. See on kooskõlas energia jäävuse seadusega, milles energiat ei looda ega hävitata.

Ainete faaside (tahkete, vedelate, gaasiliste) üleminekul võib energiaülekannet kirjeldada järgmise valemiga:

q = nC_mΔT

q = soojus, n = mutid, C__m = molaarne soojusvõimsus, _Δ__T = temperatuuri muutus

Spetsiifiline soojusvõimsus = energiahulk, mis on vajalik 1 kg materjali temperatuuri tõstmiseks 1 Celsiuse kraadi võrra

Molaarne erisoojusvõimsus = energiahulk, mis on vajalik 1 mooli materjali temperatuuri tõstmiseks 1 ühiku võrra

Näide 1: Arvutage temperatuurimuutus, mis tuleneb 250 J soojusenergia lisamisest 0,50 moolile elavhõbedale.

Visualiseerige soojussüsteemi ja selle ümbruse diagramm noole suunaga sisse süsteemi.

Kasutage valemit: q = nC_mΔT

Kuna teilt palutakse temperatuuri muutust, korraldate valemi ümber:

ΔT = q / nC_m

Otsige üles elavhõbeda molaarne soojusvõime: 28,3 J / mol K

ΔT = 250 J / (p.50 mol) (28.3 J / mol K)
ΔT = 17,7 K

Arvutamine moodustumise entalpia hõlmab tasakaalustatud keemiliste võrrandite kirjutamist ja iga sammu entalpia muutuse ühendamist. Peate võrrandeid vähendama nii, et lahendate küsimuses täpsustatud aatomi ühe aatomi. Protsess on allpool toodud näites hästi määratletud.

Näide 2: Arvestage süsinikmonooksiidi ja hapniku reageerimisel süsinikdioksiidi saamiseks entalpia muutus ühe mooli süsinikmonooksiidi kohta.

Piiratud hapnikuga põletatud süsinik annab süsinikmonooksiidi (CO), kuid piisava hapniku korral on tooteks süsinikdioksiid (CO₂).

2 C (s) -> + O₂ (g) -> 2 CO (g)

ΔH = -221,0 kJ

2 C (s) + O₂ (g) -> CO₂ g)

ΔH = -393,5 kJ

Korrastage esimene võrrand ja pöörake ΔH ümber, seejärel tasakaalustage teine ​​võrrand.

2C09g) -> 2 C (s) + O₂ g)

ΔH = +221,0 kJ

2C (s) +20₂ (g) -> 2 CO₂ g)

ΔH = (2 mol) (- 393,5 kJ) = -787,0 kJ

Tühistage '2 C (s) ja' O₂'esimese võrrandi paremalt küljelt teise võrrandi vasakul küljel olevate ekvivalentidega järgmise tulemuse saavutamiseks:

2 CO (g) + O₂ (g) -> 2 CO₂ g)

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

Kuna võrrand küsib 1 mooli CO₂, mitte 2, jagage selle saavutamiseks kõik võrrandi osad 2-ga.

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

ΔH = -566,0 kJ / 2 = -283,0 kJ

Kalorimeetria on soojusülekande teaduslik mõõtmine süsteemist ümbrusesse või vastupidi. Kalorimeetreid on kahte tüüpi; üks, milles rõhk püsib konstantsena, ja teine, kus rõhk võib muutuda. Pideva rõhuga süsteemis on ruumala muutuse korral toimunud laiendustööd. Üks stsenaarium, kus see võib juhtuda, on see, kui keemiline protsess hõlmab gaase.