Kaip apskaičiuoti reakcijos entalpijas

Entalpija yra susijusi su šiluma, kurią išskiria reakcija arba kuri reikalinga reakcijai įvykti. Tai susiję su medžiagos ryšių stiprumu, nes tuose ryšiuose yra potencialios energijos.

Norint suprasti entalpiją, reikia suprasti pirmąją energiją ir termodinamiką. Kas yra termodinamika? Tai kiekybinis energijos perdavimo ir transformacijų tyrimas.

Yra daug energijos formų: elektros energija, potencialas, palyginti su kinetine energija, cheminė (jungiamoji) energija ar šiluma. Atomai ar molekulės gali turėti elektros energiją ta prasme, kad elektronus galima gauti arba paaukoti. Elektros energija yra nepaprastai svarbi, nes elektronų elgsena lemia, kaip reaguoja atomas, molekulė ar medžiaga.

The elektros energija molekulių yra susijęs su stabilumo samprata: ką elektronai nori padaryti. Orbitos nori būti užpildytam. Teigiami ir neigiami krūviai traukia vienas kitą, kad gautų kuo žemesnį energijos lygį. Dalelės su tuo pačiu krūviu bus atstumti vienas kitą. Tai padeda numatyti, ką veiks elektronai.

Formuojantis ryšiams tarp atomų, energija arba išsiskiria, arba reikalinga. Energijos kiekis, reikalingas elementų sujungimui, vadinamas obligacijų energija.

Energijos perdavimas ir transformavimas:

• Susidūrimai perduoda kinetinę energiją iš judančio objekto į kitą.
• Karšta medžiaga, esanti šalia vėsesnės medžiagos, perneš energiją (šiluminę) iš vienos į kitą.
• Potenciali energija pereina į kinetinę energiją, kai uola nukrinta nuo atbrailos. Kai uola patenka į žemę, jos kinetinė energija virsta šilumine energija.
• Degimo reakcijos metu cheminė energija virsta šilumine.
• Reaguojant į reakcijas, kurios keičia molekulinę struktūrą, energija yra reikalinga arba išleidžiama.

The Energijos išsaugojimo įstatymas teigia, kad energija nėra nei kuriama, nei sunaikinama.

The sistemos ir aplinkos sąvoka uždaroje sistemoje yra labai svarbus termodinamikoje. Kai matuojate temperatūros pokyčius, matuojate energijos perdavimą iš sistemos į aplinką (arba atvirkščiai). Bendras energijos kiekis nesikeičia, jis tik perduodamas.

Entalpija (H) yra termodinaminė funkcija, apibūdinanti šilumos srautą ir išreikšta kJ / mol. Svarbu pažymėti, kad entalpija nėra griežtai šilumos matas, bet yra susijusi su slėgiu ir tūriu, kaip matote toliau pateiktoje formulėje.

The formavimosi entalpija yra entalpijos skirtumas tarp junginio ir elementų, iš kurių jis pagamintas.

H = E + pV

H = entalpija, E = energija, p = slėgis, V = tūris

Pirmasis termodinamikos dėsnis teigia, kad sistemos ir jos aplinkos energija išlieka pastovi ir yra šilumos suma (q) ir darbas (w), kurie vyksta toje sistemoje.

ΔE = q + w

Darbas taip pat yra energijos srautas tarp sistemos ir jos aplinkos. Lengvas būdas vizualizuoti darbą kaip energijos perdavimą yra įsivaizduoti stūmoklius, kurie juda, kai jiems veikia jėga.

Heso įstatymas: Kai yra dvi ar daugiau subalansuotų cheminių lygčių, rodančių reakcijos žingsnius, tai yra entalpijos pokytis grynoji lygtis yra kiekvienos lygties entalpijų pokyčio suma.

Tai patvirtina faktą, kad entalpija yra a valstybės funkcija, o tai reiškia, kad nueitas kelias neturi įtakos galutiniam rezultatui, matuojant entalpiją. Tai atitinka energijos išsaugojimo dėsnį, kuriame energija nėra nei kuriama, nei sunaikinama.

Kai medžiagos pereina tarp fazių (kietos, skystos, dujos), energijos perdavimą galima apibūdinti šia formule:

q = nC_mΔT

q = šiluma, n = apgamai, C__m = molinė šilumos talpa, _Δ__T = temperatūros pokytis

Savitasis šilumos talpa = energijos kiekis, reikalingas 1 kg medžiagos temperatūrai pakelti 1 laipsniu Celsijaus

Molinis savitasis šilumos tūris = energijos kiekis, reikalingas 1 molio medžiagos temperatūrai pakelti 1 vienetu

1 pavyzdys: Apskaičiuokite temperatūros pokytį, gautą pridėjus 250 J šiluminės energijos prie 0,50 molio gyvsidabrio.

Vizualizuokite šilumos sistemos ir jo aplinkos diagramą rodyklės kryptimi į sistema.

Naudokite formulę: q = nC_mΔT

Kadangi jūsų prašoma pakeisti temperatūrą, pertvarkote formulę:

ΔT = q / nC_m

Pažiūrėkite gyvsidabrio molinę šiluminę talpą: 28,3 J / mol K

ΔT = 250 J / (p.50 mol) (28.3 J / mol K)
ΔT = 17,7 K

Skaičiuojant formavimosi entalpija apima subalansuotų cheminių lygčių rašymą ir kiekvieno žingsnio entalpijos pokyčių derinimą. Turite sumažinti lygtis taip, kad išspręstumėte vieną klausime nurodytą atomo atomą. Procesas yra gerai apibrėžtas toliau pateiktame pavyzdyje.

2 pavyzdys: Apskaičiuokite anglies monoksido molio entalpijos pokytį anglies monoksido ir deguonies reakcijai gauti anglies dioksidą.

Anglies, deginamos ribotu deguonies kiekiu, susidarys anglies monoksidas (CO), tačiau, kai deguonies bus pakankamai, produktas bus anglies dioksidas (CO₂).

2 C (s) -> + O₂ (g) -> 2 CO (g)

ΔH = -221,0 kJ

2 C (s) + O₂ (g) -> CO₂ g)

ΔH = -393,5 kJ

Pertvarkykite pirmąją lygtį ir pakeiskite ΔH, tada subalansuokite antrąją lygtį.

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

Atšaukite „2 C (s)“ ir „O“₂„iš pirmosios lygties dešinės pusės su antrosios lygties kairėje pusėje esančiais atitikmenimis, kad būtų pasiekta:

2 CO (g) + O₂ (g) -> 2 CO₂ g)

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

Kadangi lygtyje reikalaujama 1 molio CO₂, o ne 2, padalykite visas lygties dalis iš 2, kad tai pasiektumėte.

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

ΔH = -566,0 kJ / 2 = -283,0 kJ

Kalorimetrija yra mokslinis šilumos perdavimo iš sistemos į aplinką arba atvirkščiai matavimas. Yra dviejų tipų kalorimetrai; vienas, kuriame slėgis išlieka pastovus, o kitas, kuriame slėgis gali pasikeisti. Jei sistemoje yra pastovus slėgis, jei pasikeičia tūris, įvyko plėtimosi darbai. Vienas scenarijus, kai taip gali atsitikti, yra tai, kad cheminis procesas apima dujas.