Kuinka laskea entalpian muutos

Reaktion entalpian muutos on reaktion aikana absorboituneen tai vapautuneen lämmön määrä, jos se tapahtuu vakiopaineessa. Laskenta suoritetaan eri tavoin riippuen tilanteesta ja käytettävissä olevista tiedoista. Monissa laskelmissa Hessin laki on tärkein tarvittava tieto, mutta jos tiedät tuotteiden ja reagenssien entalpian, laskenta on paljon yksinkertaisempi.

TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)

Voit laskea entalpian muutokset yksinkertaisen kaavan avulla: ∆H = H_Tuotteet - H_{reagoivat aineet}

Entalpian (H) tarkka määritelmä on sisäisen energian (U) ja paineen (P) ja tilavuuden (V) tulon summa. Symboleissa tämä on:

H = U + PV

Muutos entalpiassa (∆H) on siis:

∆H = ∆U + ∆P∆V

Jos delta-symboli (∆) tarkoittaa "muutosta". Käytännössä paine pidetään vakiona ja yllä oleva yhtälö näkyy paremmin seuraavasti:

∆H = ∆U + P∆V

Kuitenkin vakiopaineessa entalpian muutos on yksinkertaisesti siirretty lämpö (q):

∆H = q

Jos (q) on positiivinen, reaktio on endoterminen (ts. Absorboi lämpöä ympäristöstään), ja jos se on negatiivinen, reaktio on eksoterminen (ts. Vapauttaa lämpöä ympäristöönsä). Entalpian yksiköt ovat kJ / mol tai J / mol tai yleensä energia / massa. Yllä olevat yhtälöt liittyvät todella lämpövirran ja energian fysiikkaan: termodynamiikkaan.

Alkein tapa laskea entalpian muutos käyttää tuotteiden ja reagenssien entalpiaa. Jos tiedät nämä määrät, määritä kokonaismuutos seuraavalla kaavalla:

∆H = H_Tuotteet - H_{reagoivat aineet}

Natriumionin lisääminen kloridi-ioniin natriumkloridin muodostamiseksi on esimerkki reaktiosta, jonka voit laskea tällä tavalla. Ioninatriumin entalpia on −239,7 kJ / mol ja kloridi-ionilla entalpia −167,4 kJ / mol. Natriumkloridin (pöytäsuola) entalpia on −411 kJ / mol. Näiden arvojen lisääminen antaa:

∆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

Joten suolan muodostuminen vapauttaa melkein 4 kJ energiaa moolia kohden.

Kun aine muuttuu kiinteästä nestemäiseksi, nestemäisestä kaasuksi tai kiinteästä kaasuksi, näihin muutoksiin liittyy erityisiä entalpioita. Sulamisen entalpia (tai piilevä lämpö) kuvaa siirtymistä kiinteästä aineesta nesteeseen (päinvastainen on miinus tämä arvo ja sitä kutsutaan fuusion entalpiaksi), höyrystymisen entalpia kuvaa siirtyminen nesteestä kaasuun (ja päinvastoin on kondensaatio) ja sublimaation entalpia kuvaa siirtymistä kiinteästä kaasuun (käänteistä kutsutaan jälleen kondensaation entalpiaksi).

Vedelle sulamisen entalpia on ∆H_sulaminen = 6,007 kJ / mol. Kuvittele, että kuumennat jäätä 250 Kelvinistä, kunnes se sulaa, ja lämmitä sitten vesi 300 K: seen. Lämmitysosien entalpian muutos on vain tarvittava lämpö, ​​joten löydät sen käyttämällä:

∆H = nC∆T

Missä (n) on moolien lukumäärä, (∆T) on lämpötilan muutos ja (C) ominaislämpö. Jään ominaislämpö on 38,1 J / K mol ja veden ominaislämpö 75,4 J / K mol. Joten laskenta tapahtuu muutamassa osassa. Ensin jää on lämmitettävä 250 K: sta 273 K: een (ts. -23 ° C - 0 ° C). 5 moolia jäätä kohden tämä on:

∆H = nC∆T

= 5 mol × 38,1 J / K mol × 23 K

= 4,382 kJ

Kerro nyt sulamisen entalpia moolien määrällä:

∆H = n ∆H_sulaminen

= 5 mol × 6,007 kJ / mol

= 30,035 kJ

Laskelmat höyrystymisestä ovat samat paitsi höyrystysentalpian sulamisen sijasta. Lopuksi lasketaan viimeinen lämmitysvaihe (välillä 273 - 300 K) samalla tavalla kuin ensimmäinen:

∆H = nC∆T

= 5 mol × 75,4 J / K mol × 27 K

= 10,179 kJ

Yhteenveto näistä osista löytää reaktion entalpian kokonaismuutos:

.H_{kaikki yhteensä} = 10,179 kJ + 30,035 kJ + 4,382 kJ

= 44,596 kJ

Hessin laki on hyödyllinen silloin, kun harkitsemallasi reaktiolla on kaksi tai useampia osia ja haluat löytää entalpian yleisen muutoksen. Siinä todetaan, että reaktion tai prosessin entalpian muutos on riippumaton reitistä, jonka kautta se tapahtuu. Tämä tarkoittaa, että jos reaktio muuttuu aineesta toiseen, ei ole väliä, tapahtuuko reaktio yhdessä vaiheessa (reagensseista tulee tuotteita välittömästi) vai käyykö se läpi monia vaiheita (reagoivista aineista tulee välittäjiä ja sitten tuotteita), tuloksena oleva entalpian muutos on sama molemmissa tapauksissa.

Yleensä auttaa piirtämään kaavio (katso Resurssit), joka auttaa sinua käyttämään tätä lakia. Yksi esimerkki on, jos aloitat kuusi moolia hiiltä yhdistettynä kolmeen vetyä, ne palavat yhdistymään hapen kanssa välivaiheeksi ja muodostavat sitten bentseenin lopputuotteena.

Hessin lain mukaan reaktion entalpian muutos on molempien osien entalpian muutosten summa. Tässä tapauksessa yhden moolin hiilen palamisella on ∆H = −394 kJ / mol (tämä tapahtuu kuusi kertaa reaktiossa), entalpian muutos yhden moolin palamisen yhteydessä vetykaasun pitoisuus on ∆H = −286 kJ / mol (tämä tapahtuu kolme kertaa) ja hiilidioksidin ja veden välittäjistä tulee bentseeniä entalpian muutoksella ∆H = +3,267 kJ / mol.

Ota näiden muutosten summa löytääksesi entalpian kokonaismuutoksen, muista muistaa kertoa kukin reaktion ensimmäisessä vaiheessa tarvittavien moolien määrällä:

.H_{kaikki yhteensä} = 6×(−394) + 3×(−286) +3,267

= 3,267 − 2,364 - 858

= 45 kJ / mol