L'enthalpie est liée à la chaleur qui est soit dégagée par une réaction, soit requise pour qu'une réaction ait lieu. Il est lié à la force des liaisons dans une substance car il y a de l'énergie potentielle dans ces liaisons.
Pour comprendre l'enthalpie, il faut d'abord comprendre l'énergie et la thermodynamique. Qu'est-ce que la thermodynamique? C'est le quantitatif étude des transferts et transformations d'énergie.
Formes énergétiques
Il existe de nombreuses formes d'énergie: énergie électrique, énergie potentielle versus énergie cinétique, énergie chimique (liaison) ou chaleur. Les atomes ou les molécules peuvent avoir de l'énergie électrique dans le sens où les électrons peuvent être gagnés ou donnés. L'énergie électrique est extrêmement importante car le comportement des électrons détermine la réaction d'un atome, d'une molécule ou d'une substance.
le énergie électrique des molécules se rapporte au concept de stabilité: ce que les électrons veulent faire. Orbitales vouloir être rempli. Les charges positives et négatives s'attirent pour obtenir le niveau d'énergie le plus bas possible. Les particules avec la même charge
Lors de la formation de liaisons entre les atomes, de l'énergie est soit libérée, soit requise. La quantité d'énergie nécessaire pour lier les éléments entre eux est appelée énergie de liaison.
Transferts et transformations énergétiques :
- Les collisions transfèrent l'énergie cinétique d'un objet en mouvement à un autre objet.
- Une substance chaude à côté d'une substance plus froide entraînera un transfert d'énergie (thermique) de l'une à l'autre.
- L'énergie potentielle se transforme en énergie cinétique lorsqu'une pierre tombe d'un rebord. Lorsque la roche touche le sol, son énergie cinétique est transformée en énergie thermique.
- Dans une réaction de combustion, l'énergie chimique est transformée en énergie thermique.
- Dans les réactions qui modifient la composition moléculaire, de l'énergie est soit requise, soit libérée.
le Loi de la conservation de l'énergie déclare que l'énergie n'est ni créée ni détruite.
le concept d'un système et environnement dans un système clos est très important en thermodynamique. Lorsque vous mesurez des changements de température, c'est le transfert d'énergie du système vers l'environnement (ou vice versa) que vous mesurez. La quantité totale d'énergie ne change pas, elle est seulement transférée.
Définition de l'enthalpie
Enthalpie (H) est la fonction thermodynamique qui décrit le flux de chaleur et s'exprime en kJ/mol. Il est important de noter que l'enthalpie n'est pas strictement une mesure de la chaleur mais est liée à la pression et au volume, comme vous pouvez le voir dans la formule ci-dessous.
le enthalpie de formation est la différence d'enthalpie entre un composé et les éléments qui le composent.
Formule pour l'enthalpie
H = E + pV
H = enthalpie, E = énergie, p = pression, V = volume
Première loi de la thermodynamique indique que l'énergie d'un système plus son environnement reste constante et est une somme de la chaleur (q) et le travail (w) qui se déroulent dans ce système.
E = q + w
Le travail est aussi un flux d'énergie entre un système et son environnement. Un moyen simple de visualiser le travail comme un transfert d'énergie est d'imaginer des pistons qui se déplacent lorsqu'une force est exercée sur eux.
La loi de Hess : Lorsqu'il y a deux ou plusieurs équations chimiques équilibrées pour montrer les étapes d'une réaction, le changement d'enthalpie pour le équation nette est la somme de la variation des enthalpies pour chaque équation individuelle.
Cela confirme le fait que l'enthalpie est un fonction d'état, ce qui signifie que le chemin emprunté n'affecte pas le résultat final en termes de mesure de l'enthalpie. Ceci est conforme à la loi de conservation de l'énergie dans laquelle l'énergie n'est ni créée ni détruite.
Lorsque des substances passent d'une phase à l'autre (solide, liquide, gazeux), le transfert d'énergie peut être décrit par la formule suivante :
q = nCmΔT
q = chaleur, m = taupes, C_m = capacité calorifique molaire, ____T = changement de température
Capacité calorifique spécifique = la quantité d'énergie nécessaire pour élever la température de 1 kg de matériau de 1 degré Celsius
Capacité calorifique molaire = la quantité d'énergie nécessaire pour élever la température de 1 mole de matériau d'1 unité
Calcul de l'enthalpie de réaction
Exemple 1: Calculez le changement de température qui résulte de l'ajout de 250 J d'énergie thermique à 0,50 mole de mercure.
Visualisez le schéma du système de chauffage et de l'environnement avec la direction de la flèche allant dans le système.
Utilisez la formule: q = nCmT
Puisqu'on vous demande le changement de température, vous réorganisez la formule :
T = q/nCm
Recherchez la capacité calorifique molaire du mercure: 28,3 J/mol K
T = 250 J/(p.50 mol)(28,3 J/mol K)
T = 17,7 K
Enthalpie de formation
Calcul de la enthalpie de formation consiste à écrire des équations chimiques équilibrées et à combiner le changement d'enthalpie de chaque étape. Vous devez réduire les équations de manière à résoudre pour un seul atome de l'atome spécifié dans la question. Le processus est bien défini dans l'exemple ci-dessous.
Calcul de l'enthalpie de formation
Exemple 2 : Calculer le changement d'enthalpie par mole de monoxyde de carbone pour la réaction du monoxyde de carbone avec l'oxygène pour donner du dioxyde de carbone.
Le carbone brûlé avec une quantité limitée d'oxygène produira du monoxyde de carbone (CO), cependant, lorsqu'il y a suffisamment d'oxygène, le produit sera du dioxyde de carbone (CO2).
2 C (s) --> + O2 (g) --> 2 CO (g)
H = -221,0 kJ
2 C (s) + O2 (g) --> CO2 (g)
H = -393,5 kJ
Réorganisez la première équation et inversez le ΔH, puis équilibrez la deuxième équation.
2 CO 9g) --> 2 C(s) + O2 (g)
H = +221,0 kJ
2 C (s) + 2 O2 (g) --> 2 CO2 (g)
H = (2 mol)(-393,5 kJ) = -787,0 kJ
Annulez le '2 C(s)' et le 'O2' du côté droit de la première équation avec les équivalents du côté gauche de la deuxième équation pour obtenir ce qui suit :
2 CO (g) + O2 (g) --> 2 CO2 (g)
H = (221,0 kJ) + (-787,0 kJ) = -566,0 kJ
Puisque l'équation demande 1 mole de CO2, pas 2, divisez toutes les parties de l'équation par 2 pour y parvenir.
CO (g) + 1/2 O2 (g) --> CO2 (g)
H = -566,0 kJ/2 = -283,0 kJ
Méthodes de mesure de l'enthalpie
Calorimétrie est la mesure scientifique du transfert de chaleur d'un système à son environnement ou vice versa. Il existe deux types de calorimètres; un dans lequel la pression reste constante et l'autre où la pression peut changer. Dans un système à pression constante, s'il y a un changement de volume, un travail d'expansion a eu lieu. Un scénario où cela peut se produire est lorsqu'un processus chimique implique des gaz.