כיצד לחשב שינוי אנטלפי

שינוי האנטלפיה של תגובה הוא כמות החום הנספגת או משתחררת תוך כדי התגובה, אם היא מתרחשת בלחץ קבוע. אתה משלים את החישוב בדרכים שונות בהתאם למצב הספציפי ואיזה מידע יש לך. עבור חישובים רבים, חוק הס הוא פיסת המפתח שאתה צריך להשתמש בה, אך אם אתה יודע את האנטלפיה של המוצרים והגיבים, החישוב הוא הרבה יותר פשוט.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

ניתן לחשב שינויים באנטלפיה באמצעות הנוסחה הפשוטה: ∆H = H_מוצרים ה_מגיבים

ההגדרה המדויקת של אנטלפיה (H) היא סכום האנרגיה הפנימית (U) בתוספת תוצר הלחץ (P) והנפח (V). בסמלים זה:

H = U + PV

שינוי באנטלפיה (∆H) הוא אפוא:

∆H = ∆U + ∆P∆V

כאשר סמל הדלתא (∆) פירושו "שינוי פנימה". בפועל, הלחץ מוחזק קבוע והמשוואה הנ"ל מוצגת בצורה טובה יותר כ:

∆H = ∆U + P∆V

עם זאת, עבור לחץ קבוע, השינוי באנטלפיה הוא פשוט החום (q) המועבר:

∆H = q

אם (q) חיובי, התגובה היא אנדותרמית (כלומר, סופגת חום מסביבתה), ואם היא שלילית, התגובה היא אקסותרמית (כלומר, משחררת חום לסביבתה). לאנטלפיה יש יחידות של kJ / mol או J / mol, או באופן כללי, אנרגיה / מסה. המשוואות שלעיל קשורות באמת לפיזיקה של זרימת חום ואנרגיה: תרמודינמיקה.

הדרך הבסיסית ביותר לחישוב שינוי האנטלפיה משתמשת באנתלפיה של המוצרים והמגיבים. אם אתה מכיר כמויות אלה, השתמש בנוסחה הבאה כדי להבין את השינוי הכולל:

∆H = H_מוצרים ה_מגיבים

תוספת של יון נתרן ליון כלורי ליצירת נתרן כלורי היא דוגמה לתגובה שתוכלו לחשב כך. לנתרן יוני יש אנטלפיה של -239.7 kJ / mol, ולכלוריד יון יש enthalpy -167.4 kJ / mol. נתרן כלורי (מלח שולחן) הוא בעל אנטלפיה של -411 kJ / mol. הכנסת ערכים אלה נותנת:

∆ה = -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

אז היווצרות המלח משחררת כמעט 4 קילו-ג'י אנרגיה לשומה.

כאשר חומר משתנה ממוצק לנוזל, נוזלי לגז או מוצק לגז, יש שינויים אלה הקשורים לאנטלפיה ספציפית. האנטלפיה (או החום הסמוי) של ההיתוך מתארת ​​את המעבר בין מוצק לנוזל (ההפך הוא מינוס ערך זה ונקרא אנתלפיה של היתוך), האנטלפיה של האידוי מתארת מעבר מנוזל לגז (וההפך הוא עיבוי) ואנטלפיית הסובלימציה מתארת ​​את המעבר בין מוצק לגז (ההפך נקרא שוב אנטלפיה של עיבוי).

עבור מים, האנטלפיה של ההיתוך היא ∆H_{הַתָכָה} = 6.007 kJ / mol. דמיין שאתה מחמם קרח מ -250 קלווין עד שהוא נמס ואז מחמם את המים ל -300 ק. שינוי האנטלפיה עבור חלקי החימום הוא רק החום הנדרש, כך שתוכלו למצוא אותו באמצעות:

∆H = nC∆T

כאשר (n) הוא מספר השומות, (∆T) הוא השינוי בטמפרטורה ו- (C) הוא החום הספציפי. החום הספציפי של הקרח הוא 38.1 J / K mol והחום הספציפי של המים הוא 75.4 J / K mol. אז החישוב מתרחש בכמה חלקים. ראשית, יש לחמם את הקרח מ -250 K ל -273 K (כלומר, -23 ° C עד 0 ° C). עבור 5 שומות קרח זה:

∆H = nC∆T

= 5 mol × 38.1 J / K mol × 23 K

= 4.382 kJ

עכשיו הכפל את אנטלפיית ההיתוך במספר השומות:

∆H = n ∆H_{הַתָכָה}

= 5 mol × 6.007 kJ / mol

= 30.035 kJ

חישובים לאידוי זהים, למעט עם אנטלפיית האידוי במקום זה הנמס. לבסוף, חישב את שלב החימום הסופי (מ 273 ל 300 K) באותו אופן כמו הראשון:

∆H = nC∆T

= 5 mol × 75.4 J / K mol × 27 K

= 10.179 kJ

סכם את החלקים האלה כדי למצוא את השינוי הכולל באנטלפיה לתגובה:

∆H_{סך הכל} = 10.179 kJ + 30.035 kJ + 4.382 kJ

= 44.596 kJ

חוק הס שימושי כאשר התגובה שאתה שוקל כוללת שני חלקים או יותר ואתה רוצה למצוא את השינוי הכללי באנטלפיה. זה קובע ששינוי האנטלפיה לתגובה או לתהליך אינו תלוי במסלול בו הוא מתרחש. המשמעות היא שאם התגובה הופכת על חומר לחומר אחר, אין זה משנה אם התגובה מתרחשת בשלב אחד (מגיבים הופכים למוצרים באופן מיידי) או אם זה עובר שלבים רבים (מגיבים הופכים למתווכים ואז הופכים למוצרים), שינוי האנטלפיה שנוצר הוא זהה שני המקרים.

בדרך כלל זה עוזר לשרטט תרשים (ראה משאבים) שיעזור לך להשתמש בחוק זה. דוגמא אחת היא אם מתחילים בשש שומות פחמן בשילוב שלוש מימן, הם נשרפים כדי לשלב עם חמצן כצעד מתווך ואז יוצרים בנזן כמוצר קצה.

חוק הס קובע כי השינוי באנטלפיה של התגובה הוא סכום השינויים באנטלפיה של שני החלקים. במקרה זה, בעירה של שומה אחת של פחמן היא ∆H = -394 kJ / mol (זה קורה שש פעמים בתגובה), שינוי האנטלפיה לבעירה של שומה אחת של גז מימן הוא ∆H = -286 kJ / mol (זה קורה שלוש פעמים) ומתווכי הפחמן הדו-חמצני והמים הופכים לבנזן עם שינוי אנלפי של ∆H = +3,267 kJ / mol.

קח את סכום השינויים הללו כדי למצוא את השינוי הכולל באנטלפיה, וזכור להכפיל כל אחד במספר השומות הדרושות בשלב הראשון של התגובה:

∆H_{סך הכל} = 6×(−394) + 3×(−286) +3,267

= 3,267 − 2,364 - 858

= 45 kJ / mol