როგორ გამოვთვალოთ ენთალპიის ცვლილება

რეაქციის ენტალპიის ცვლილება არის სითბოს შეწოვა ან გამოყოფა, როგორც რეაქცია ხდება, თუ ეს ხდება მუდმივი წნევის დროს. თქვენ ასრულებთ გაანგარიშებას სხვადასხვა გზით, რაც დამოკიდებულია კონკრეტულ სიტუაციაში და რა ინფორმაცია გაქვთ ხელმისაწვდომი. მრავალი გამოთვლისთვის ჰესის კანონი არის ძირითადი ინფორმაცია, რომლის გამოყენებაც გჭირდებათ, მაგრამ თუ იცით პროდუქტებისა და რეაქტიული ნივთიერებების ენტალპია, გაანგარიშება გაცილებით მარტივია.

TL; DR (ძალიან გრძელია; არ წავიკითხე)

თქვენ შეგიძლიათ გამოთვალოთ ენთალპიის ცვლილებები მარტივი ფორმულის გამოყენებით: ∆H = H_{პროდუქტები} - ჰ_{რეაქტივები}

ენთალპიის ზუსტი განმარტება (H) არის შინაგანი ენერგიის ჯამი (U) პლუს წნევის (P) და მოცულობის (V) პროდუქტი. სიმბოლოებში ეს არის:

H = U + PV

ამიტომ, ენთალპიის (changeH) ცვლილებაა:

∆H = ∆U + ∆P∆V

სადაც დელტის სიმბოლო (∆) ნიშნავს "ცვლილებას". პრაქტიკაში, წნევა შენარჩუნებულია მუდმივად და ზემოთ მოცემული განტოლება უკეთესია ნაჩვენები, როგორც:

∆H = ∆U + P∆V

ამასთან, მუდმივი წნევისთვის, ენტალპიის ცვლილება უბრალოდ გადაცემული სითბოა (q):

∆H = q

თუ (q) დადებითია, რეაქცია არის ენდოთერმული (ანუ შთანთქავს სითბოს მისი გარემოდან), ხოლო თუ ის უარყოფითია, რეაქცია ეგზოთერმიულია (ანუ სითბოს ათავისუფლებს მის გარემოცვაში). ენთალპიას აქვს kJ / მოლი ან J / მოლი, ან ზოგადად, ენერგია / მასა. ზემოთ მოცემული განტოლებები ნამდვილად უკავშირდება სითბოს ნაკადის და ენერგიის ფიზიკას: თერმოდინამიკას.

ენთალპიის ცვლილების გამოსათვლელად ყველაზე ძირითადი გზა გამოიყენება პროდუქტებისა და რეაქტიული ნივთიერებების ენტალპია. თუ იცით ეს რაოდენობა, გამოიყენეთ შემდეგი ფორმულა, რომ შეიმუშაოთ საერთო ცვლილება:

∆H = H_{პროდუქტები} - ჰ_{რეაქტივები}

ნატრიუმის იონის დამატება ქლორიდის იონში ნატრიუმის ქლორიდის შესაქმნელად არის იმ რეაქციის მაგალითი, რომლის გამოანგარიშებაც შეგიძლიათ. იონურ ნატრიუმს აქვს hal239,7 კჯ / მოლ ენტალპია, ხოლო ქლორიდის იონს ent167,4 კჯ / მოლ ენტალპია. ნატრიუმის ქლორიდს (სუფრის მარილი) აქვს ენტალპია 11411 კჯ / მოლი. ამ მნიშვნელობების ჩასმა იძლევა:

∆ჰ = 11411 კჯ / მოლი - (−239,7 კჯ / მოლი −167,4 კჯ / მოლი)

= −411 კჯ / მოლი - (−407,1 კჯ / მოლი)

= −411 კჯ / მოლი + 407,1 კჯ / მოლი = − 3,9 კჯ / მოლი

ასე რომ, მარილის წარმოქმნა გამოყოფს მოლზე თითქმის 4 კჯ ენერგიას.

როდესაც ნივთიერება ხდება მყარიდან თხევადი, თხევადი გაზი ან მყარი გაზი, ამ ცვლილებებში მონაწილეობენ კონკრეტული ენთალპიები. დნანტალია (ან ლატენტური სითბო) აღწერს მყარიდან თხევადზე გადასვლას (უკუ არის მინუს ამ მნიშვნელობით და ეწოდება შერწყმის ენტალპია), აორთქლების ენტალპია აღწერს თხევადიდან გაზზე გადასვლა (და პირიქითაა კონდენსაცია) და სუბლიმაციის ენტალპია აღწერს მყარიდან გაზში გადასვლას (უკუგანვითარებას ისევ კონდენსაციის ენთალპია ეწოდება).

წყლისთვის დნობის ენტალია არის ∆H_{დნება} = 6.007 კჯ / მოლი. წარმოიდგინეთ, რომ აცხელებთ ყინულს 250 კელვინიდან, სანამ ის გადნება, შემდეგ კი წყალი 300 კ-მდე გაათბეთ. გათბობის ნაწილების ენტალპიის ცვლილება მხოლოდ სითბოა საჭირო, ასე რომ თქვენ შეგიძლიათ იპოვოთ შემდეგი:

H = nC∆T

სადაც (n) არის მოლების რაოდენობა, (∆T) არის ტემპერატურის ცვლილება და (C) არის კონკრეტული სითბო. ყინულის სპეციფიკური სითბოა 38.1 J / K მოლი, ხოლო წყლის სპეციფიკური სითბო არის 75,4 J / K მოლი. ასე რომ, გაანგარიშება ხდება რამდენიმე ნაწილად. პირველი, ყინული უნდა გაცხელდეს 250 K– დან 273 K– მდე (ანუ 23 ° C– დან 0 ° C– მდე). 5 მოლი ყინულისთვის ეს არის:

H = nC∆T

= 5 მოლი × 38,1 J / K მოლი × 23 K

= 4,382 კჯ

ახლა გავამრავლოთ დნობის ენტალპია მოლების რაოდენობაზე:

=H = n ∆H_{დნება}

= 5 მოლი × 6,007 კჯ / მოლი

= 30.035 კჯ

გაანგარიშება ორთქლზე იგივეა, გარდა იმ შემთხვევაში, თუ ორთქლის ენტალპია დნება ერთი. დაბოლოს, გამოთვალეთ გათბობის საბოლოო ეტაპი (273 – დან 300 K– მდე) ისე, როგორც პირველი:

H = nC∆T

= 5 მოლი × 75,4 J / K მოლი × 27 K

= 10,179 კჯ

შეაჯამეთ ეს ნაწილები, რათა იპოვოთ ენთალპიის სრული ცვლილება რეაქციისთვის:

∆H_სულ = 10,179 კჯ + 30,035 კჯ + 4,382 კჯ

= 44,596 კჯ

ჰესის კანონი სასარგებლოა მაშინ, როდესაც თქვენს მიერ განხილულ რეაქციას ორი ან მეტი ნაწილი აქვს და გსურთ ენთალპიის საერთო ცვლილება იპოვოთ. მასში ნათქვამია, რომ რეაქციის ან პროცესისთვის ენტალპიის ცვლილება დამოუკიდებელია იმ მარშრუტისგან, რომლის მეშვეობითაც ხდება ეს. ეს ნიშნავს, რომ თუ რეაქცია გარდაიქმნება ნივთიერებაზე მეორეში, არ აქვს მნიშვნელობა რეაქცია მოხდება ერთ საფეხურზე (რეაქტივები ხდება პროდუქტები) დაუყოვნებლივ) ან გაივლის თუ არა ის ბევრ საფეხურს (რეაქტივები ხდებიან შუამავლები და შემდეგ ხდებიან პროდუქტები), შედეგად მიღებული ენტალპია ორივე შემთხვევა.

ეს, როგორც წესი, გეხმარებათ დიაგრამის შედგენაში (იხ. რესურსები), რომელიც დაგეხმარებათ ამ კანონის გამოყენებაში. ერთი მაგალითია, თუ თქვენ დაიწყებთ ნახშირბადის ექვსი მოლი კომბინირებულ სამ წყალბადთან, ისინი იწვებიან ჟანგბადთან შერწყმით, როგორც შუამავალი ეტაპი და შემდეგ წარმოქმნიან ბენზოლს, როგორც საბოლოო პროდუქტს.

ჰესის კანონის თანახმად, რეაქციის ენტალპიის ცვლილება არის ორივე ნაწილის ენტალპიის ცვლილებების ჯამი. ამ შემთხვევაში, ერთი მოლის ნახშირბადის წვას აქვს ∆H = −394 კჯ / მოლი (ეს ხდება ექვსჯერ რეაქციაში), ენთალპიის ცვლილება ერთი მოლის წვისთვის წყალბადის გაზი არის ∆H = −286 კჯ / მოლი (ეს ხდება სამჯერ) და ნახშირორჟანგი და წყლის შუამავლები ხდება ბენზოლი entH = + 3,267 ენტალპიის ცვლილებით კჯ / მოლი.

აიღეთ ამ ცვლილებების ჯამი, რომ იპოვოთ მთლიანი ენთალპიის ცვლილება, გახსოვდეთ თითოეული გამრავლებული რეაქციის პირველ ეტაპზე საჭირო მოლების რაოდენობაზე:

∆H_სულ = 6×(−394) + 3×(−286) +3,267

= 3,267 − 2,364 - 858

= 45 კჯ / მოლი