Kako izračunati entalpije reakcije

Entalpija je povezana s toplinom koja se ili odaje reakcijom ili je potrebna da bi se reakcija odvijala. Povezan je s jačinom veza u tvari jer u tim vezama postoji potencijalna energija.

Da bismo razumjeli entalpiju, treba razumjeti prvu energiju i termodinamiku. Što je termodinamika? To je kvantitativni proučavanje prijenosa energije i transformacija.

Postoje mnogi oblici energije: električna energija, potencijalna naspram kinetičke energije, kemijska (vezana) energija ili toplina. Atomi ili molekule mogu imati električnu energiju u smislu da se elektroni mogu dobiti ili donirati. Električna energija izuzetno je važna jer ponašanje elektrona određuje kako će atom, molekula ili tvar reagirati.

The električna energija molekula odnosi se na koncept stabilnosti: što elektroni žele raditi. Orbitale želite biti popunjen. Pozitivni i negativni naboji međusobno se privlače kako bi postigli najnižu moguću razinu energije. Čestice s istim nabojem hoće otjerati jedno drugo. To pomaže u predviđanju što će elektroni raditi.

Pri stvaranju veza između atoma, energija se ili oslobađa ili je potrebna. Količina energije potrebna za povezivanje elemenata naziva se vezana energija.

Prijenosi energije i transformacije:

• Sudari prenose kinetičku energiju s objekta u pokretu na drugi objekt.
• Vruća tvar pored hladnije tvari rezultirat će prijenosom energije (toplinske) s jedne na drugu.
• Potencijalna energija prelazi u kinetičku energiju kad stijena padne s izbočine. Kad stijena udari o tlo, njezina kinetička energija pretvara se u toplinsku.
• U reakciji izgaranja kemijska energija pretvara se u toplinsku.
• U reakcijama koje mijenjaju molekularni sastav, energija je potrebna ili se oslobađa.

The Zakon o očuvanju energije navodi da se energija niti stvara niti uništava.

The pojam sustava i okoline u zatvorenom sustavu je vrlo važan u termodinamici. Kada mjerite promjene temperature, mjerite prijenos energije iz sustava u okolinu (ili obrnuto). Ukupna količina energije se ne mijenja, već se samo prenosi.

Entalpija (H) je termodinamička funkcija koja opisuje protok topline i izražava se u kJ / mol. Važno je napomenuti da entalpija nije striktno mjera topline, već je povezana s tlakom i volumenom, kao što možete vidjeti u donjoj formuli.

The entalpija formacije je razlika u entalpiji između spoja i elemenata od kojih je sastavljen.

H = E + pV

H = entalpija, E = energija, str = tlak, V = volumen

Prvi zakon termodinamike navodi da energija sustava plus njegova okolina ostaje konstantna i da je zbroj topline (q) i djelo (w) koji se odvijaju u tom sustavu.

ΔE = q + w

Rad je također protok energije između sustava i njegove okoline. Jednostavan način vizualizacije rada kao prijenosa energije je zamišljanje klipova koji se pomiču kad na njih djeluje sila.

Hessov zakon: Kada postoje dvije ili više uravnoteženih kemijskih jednadžbi koje pokazuju korake reakcije, promjena entalpije za neto jednadžba je zbroj promjene entalpija za svaku pojedinu jednadžbu.

To ide u prilog činjenici da je entalpija a državna funkcija, što znači da pređeni put ne utječe na krajnji ishod u smislu mjerenja entalpije. To je u skladu sa zakonom očuvanja energije u kojem se energija niti stvara niti uništava.

Kada tvari prijelaze između faza (krutina, tekućina, plin), prijenos energije može se opisati sljedećom formulom:

q = nC_mΔT

q = toplina, n = madeži, C__m = molarni toplinski kapacitet, _Δ__T = promjena temperature

Specifični toplinski kapacitet = količina energije potrebna za povišenje temperature 1 kg materijala za 1 Celzijev stupanj

Molarni specifični toplinski kapacitet = količina energije potrebna za povišenje temperature 1 mola materijala za 1 jedinicu

Primjer 1: Izračunajte temperaturnu promjenu koja nastaje dodavanjem 250 J toplinske energije na 0,50 mola žive.

Vizualizirajte dijagram toplinskog sustava i okoline u smjeru strelice u sustav.

Upotrijebite formulu: q = nC_mΔT

Budući da se od vas traži promjena temperature, preuredite formulu:

ΔT = q / nC_m

Potražite molarni toplinski kapacitet žive: 28,3 J / mol K

ΔT = 250 J / (p.50 mol) (28,3 J / mol K)
ΔT = 17,7 K

Izračunavanje entalpija formacije uključuje pisanje uravnoteženih kemijskih jednadžbi i kombiniranje promjene entalpije u svakom koraku. Jednadžbe morate smanjiti na takav način da riješite jedan atom atoma koji je naveden u pitanju. Postupak je dobro definiran u donjem primjeru.

Primjer 2: Izračunajte promjenu entalpije po molu ugljičnog monoksida za reakciju ugljičnog monoksida s kisikom dajući ugljični dioksid.

Ugljik izgaran s ograničenim kisikom rezultirat će ugljičnim monoksidom (CO), međutim, kad ima dovoljno kisika, proizvod će biti ugljični dioksid (CO₂).

2 C (s) -> + O₂ (g) -> 2 CO (g)

ΔH = -221,0 kJ

2 C (s) + O₂ (g) -> CO₂ (g)

ΔH = -393,5 kJ

Preuredite prvu jednadžbu i obrnite ΔH, a zatim uravnotežite drugu jednadžbu.

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

Otkažite '2 C (s)' i 'O₂'s desne strane prve jednadžbe s ekvivalentima na lijevoj strani druge jednadžbe kako bi se postiglo sljedeće:

2 CO (g) + O₂ (g) -> 2 CO₂ (g)

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

Budući da jednadžba traži 1 mol CO₂, a ne 2, podijelite sve dijelove jednadžbe s 2 da biste to postigli.

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

ΔH = -566,0 kJ / 2 = -283,0 kJ

Kalorimetrija je znanstveno mjerenje prijenosa topline iz sustava u okolinu ili obrnuto. Postoje dvije vrste kalorimetara; jedan u kojem tlak ostaje konstantan, a drugi u kojem se tlak može mijenjati. Ako dođe do promjene volumena u sustavu s konstantnim tlakom, tada je došlo do rada na proširenju. Jedan od scenarija u kojem se to može dogoditi je kada kemijski postupak uključuje plinove.