כיצד לחשב אנטלפיות תגובה

אנתלפיה קשורה לחום שמספקת תגובה או נדרש לצורך התגובה. זה קשור לחוזק הקשרים בחומר משום שיש אנרגיה פוטנציאלית בקשרים אלה.

כדי להבין את האנטלפיה, צריך להבין את האנרגיה והתרמודינמיקה הראשונה. מהי תרמודינמיקה? זה ה כמותי חקר העברות אנרגיה ושינויים.

ישנן צורות רבות של אנרגיה: אנרגיה חשמלית, פוטנציאל לעומת אנרגיה קינטית, אנרגיה כימית (קשורה) או חום. לאטומים או מולקולות יכולה להיות אנרגיה חשמלית במובן שניתן להשיג או לתרום את האלקטרונים. אנרגיה חשמלית חשובה ביותר מכיוון שהתנהגותם של אלקטרונים קובעת כיצד אטום, מולקולה או חומר מגיבים.

ה אנרגיה חשמלית של מולקולות מתייחס למושג יציבות: מה אלקטרונים רוצים לעשות. אורביטלים רוצה להתמלא. מטענים חיוביים ושליליים מושכים זה את זה כדי להשיג את רמת האנרגיה הנמוכה ביותר האפשרית. חלקיקים בעלי מטען זהה ירצו דוחה אחד את השני. זה מסייע בניבוי מה יעשו האלקטרונים.

ביצירת קשרים בין אטומים האנרגיה משתחררת או נדרשת. כמות האנרגיה הנדרשת לקשר אלמנטים יחד מכונה אנרגיית קשר.

העברות אנרגיה ושינויים:

• התנגשויות מעבירות אנרגיה קינטית מאובייקט נע לאובייקט אחר.
• חומר חם לצד חומר קריר יותר יביא להעברת אנרגיה (תרמית) אחד לשני.
• העברת אנרגיה פוטנציאלית לאנרגיה קינטית כאשר סלע נופל מדף. כאשר הסלע פוגע בקרקע, האנרגיה הקינטית שלו הופכת לאנרגיה תרמית.
• בתגובת בעירה, אנרגיה כימית הופכת לאנרגיה תרמית.
• בתגובות שמשנות איפור מולקולרי, אנרגיה נדרשת או משוחררת.

ה חוק שימור האנרגיה קובע כי אנרגיה לא נוצרת ולא נהרסת.

ה מושג של מערכת וסביבה במערכת סגורה חשוב מאוד בתרמודינמיקה. כאשר אתה מודד שינויי טמפרטורה, זה העברת האנרגיה מהמערכת לסביבה (או להיפך) שאתה מודד. כמות האנרגיה הכוללת אינה משתנה, היא מועברת בלבד.

אנתלפיה (ה) היא הפונקציה התרמודינמית המתארת ​​את זרימת החום ומתבטאת ב- kJ / mol. חשוב לציין כי אנטלפיה איננה מדד חום למהדרין אלא קשורה ללחץ ולנפח, כפי שניתן לראות בנוסחה למטה.

ה אנלפיית היווצרות הוא ההבדל באנטלפיה בין תרכובת לאלמנטים שהיא עשויה ממנה.

H = E + pV

ה = אנלפיה, ה = אנרגיה, עמ ' = לחץ, ו = נפח

החוק הראשון של התרמודינמיקה קובע כי האנרגיה של מערכת בתוספת סביבתה נשארת קבועה והיא סכום החום (ש) והעבודה (w) המתרחשים במערכת זו.

ΔE = q + w

עבודה היא גם זרימה של אנרגיה בין מערכת וסביבתה. דרך קלה לדמיין את העבודה כהעברת אנרגיה היא לדמיין בוכנות הנעות כשמופעל עליהן כוח.

חוק הס: כאשר ישנן שתי משוואות כימיות מאוזנות או יותר המציגות את שלבי התגובה, השינוי באנטלפיה עבור משוואה נטו הוא סכום השינוי באנטלפיות לכל משוואה בודדת.

זה תומך בעובדה שאנטלפיה היא א פונקציית מצב, מה שאומר שהדרך שננקטה לא משפיעה על התוצאה הסופית מבחינת מדידת האנטלפיה. זה עולה בקנה אחד עם חוק שימור האנרגיה בו האנרגיה לא נוצרת ולא נהרסת.

כאשר עוברים חומרים בין שלבים (מוצק, נוזלי, גז) ניתן לתאר את העברת האנרגיה בנוסחה הבאה:

q = nC_MΔט

ש = חום, נ = שומות, C__M = קיבולת חום טוחנת, _Δ__T = שינוי בטמפרטורה

קיבולת חום ספציפית = כמות האנרגיה הנדרשת כדי להעלות את הטמפרטורה של 1 ק"ג חומר במעלה אחת צלזיוס

קיבולת חום ספציפית טוחנת = כמות האנרגיה הנדרשת כדי להעלות את הטמפרטורה של 1 מולית חומר ביחידה אחת

דוגמה 1: חשב את שינוי הטמפרטורה הנובע מהוספת 250 J אנרגיה תרמית ל- 0.50 מול כספית.

דמיין את התרשים של מערכת החום והסביבה עם כיוון החץ לְתוֹך המערכת.

השתמש בנוסחה: q = nC_MΔT

מכיוון שאתה מתבקש לשנות את הטמפרטורה, אתה מסדר מחדש את הנוסחה:

ΔT = q / nC_M

חפש את יכולת החום הטוחנת של כספית: 28.3 J / mol K

ΔT = 250 J / (p.50 mol) (28.3 J / mol K)
ΔT = 17.7 K

חישוב ה- אנלפיית היווצרות כולל כתיבת משוואות כימיות מאוזנות ושילוב השינוי באנטלפיה של כל שלב. עליכם לצמצם את המשוואות באופן שתפתרו לאטום יחיד של האטום המצוין בשאלה. התהליך מוגדר היטב בדוגמה שלהלן.

דוגמה 2: חשב את שינוי האנטלפיה למול של פחמן חד חמצני לתגובת פחמן חד חמצני עם חמצן כדי לתת פחמן דו חמצני.

פחמן שנשרף עם חמצן מוגבל יביא לפחמן חד חמצני (CO), אולם כאשר יש מספיק חמצן, המוצר יהיה פחמן דו חמצני (CO₂).

2 C (ים) -> + O₂ (g) -> 2 CO (g)

ΔH = -221.0 kJ

2 C (ים) + O₂ (ז) -> CO₂ (ז)

ΔH = -393.5 kJ

סידרו מחדש את המשוואה הראשונה והפכו את ΔH, ואז אזנו את המשוואה השנייה.

2 CO 9g) -> 2 C (s) + O₂ (ז)

ΔH = +221.0 kJ

2 C (ים) + 2 O₂ (ז) -> 2 CO₂ (ז)

ΔH = (2 mol) (- 393.5 kJ) = -787.0 kJ

בטל את '2 C (ים)' ואת 'O'₂מהצד הימני של המשוואה הראשונה עם המקבילות בצד שמאל של המשוואה השנייה כדי להשיג את הדברים הבאים:

2 CO (g) + O₂ (ז) -> 2 CO₂ (ז)

ΔH = (221.0 kJ) + (-787.0 kJ) = -566.0 kJ

מכיוון שהמשוואה מבקשת שומה אחת של CO₂, לא 2, חלק את כל חלקי המשוואה ב -2 כדי להשיג זאת.

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

ΔH = -566.0 kJ / 2 = -283.0 kJ

קלורימטריה היא המדידה המדעית של העברת חום ממערכת לסביבה או להיפך. ישנם שני סוגים של קלורימטרים; אחד בו הלחץ נשאר קבוע והשני בו הלחץ עשוי להשתנות. במערכת עם לחץ קבוע, אם יש שינוי בנפח, אז התרחשה עבודת הרחבה. תרחיש אחד שבו זה עשוי להתרחש הוא כאשר תהליך כימי כולל גזים.