Kā aprēķināt entalpijas izmaiņas

Reakcijas entalpijas izmaiņas ir reakcijas laikā absorbētā vai izdalītā siltuma daudzums, ja tas notiek nemainīgā spiedienā. Aprēķinu veicat dažādos veidos atkarībā no konkrētās situācijas un pieejamās informācijas. Daudziem aprēķiniem Hesa ​​likums ir galvenā informācija, kas jums jāizmanto, taču, ja jūs zināt produktu un reaģentu entalpiju, aprēķins ir daudz vienkāršāks.

TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)

Jūs varat aprēķināt entalpijas izmaiņas, izmantojot vienkāršo formulu: ∆H = H_produktiem - H_reaģenti

Precīza entalpijas (H) definīcija ir iekšējās enerģijas (U), kā arī spiediena (P) un tilpuma (V) reizinājuma summa. Simbolos tas ir:

H = U + PV

Tāpēc entalpijas (∆H) izmaiņas ir:

∆H = ∆U + ∆P∆V

Ja delta simbols (∆) nozīmē “izmaiņas”. Praksē spiediens tiek turēts nemainīgs, un iepriekšminēto vienādojumu labāk parādīt kā:

∆H = ∆U + P∆V

Tomēr pastāvīgā spiedienā entalpijas izmaiņas ir vienkārši nodotais siltums (q):

∆H = q

Ja (q) ir pozitīvs, reakcija ir endotermiska (t.i., absorbē siltumu no apkārtnes), un, ja tā ir negatīva, reakcija ir eksotermiska (t.i., izdalās siltumu savā apkārtnē). Entalpijai ir vienības kJ / mol vai J / mol vai kopumā enerģija / masa. Iepriekš minētie vienādojumi patiešām ir saistīti ar siltuma plūsmas un enerģijas fiziku: termodinamiku.

Visvienkāršākais veids, kā aprēķināt entalpijas izmaiņas, izmanto produktu un reaģentu entalpiju. Ja zināt šos daudzumus, izmantojiet šo formulu, lai izstrādātu kopējās izmaiņas:

∆H = H_produktiem - H_reaģenti

Nātrija jona pievienošana hlorīda jonam, veidojot nātrija hlorīdu, ir piemērs reakcijai, kuru varat aprēķināt šādā veidā. Jonija nātrija entalpija ir –239,7 kJ / mol, un hlorīda jonam - –167,4 kJ / mol. Nātrija hlorīda (galda sāls) entalpija ir –411 kJ / mol. Ievietojot šīs vērtības, iegūst:

∆H = −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

Tātad, veidojot sāli, uz molu izdalās gandrīz 4 kJ enerģijas.

Kad viela mainās no cietas uz šķidru, no šķidras uz gāzi vai no cietas uz gāzi, šajās izmaiņās ir iesaistītas specifiskas entalpijas. Kušanas entalpija (vai latentais siltums) apraksta pāreju no cietas uz šķidrumu (reversā ir mīnus šī vērtība un to sauc par saplūšanas entalpiju), iztvaicēšanas entalpija apraksta pāreja no šķidruma uz gāzi (un pretējais ir kondensācija), un sublimācijas entalpija raksturo pāreju no cietas uz gāzi (reverso atkal sauc par kondensāta entalpiju).

Ūdenim kušanas entalpija ir ∆H_kušana = 6,007 kJ / mol. Iedomājieties, ka jūs sildāt ledu no 250 Kelvin, līdz tas kūst, un pēc tam ūdeni uzkarsē līdz 300 K. Apkures daļu entalpijas maiņa ir tikai nepieciešamais siltums, tāpēc to var atrast, izmantojot:

∆H = nC∆T

Kur (n) ir molu skaits, (∆T) ir temperatūras izmaiņas un (C) ir īpatnējais siltums. Īpatnējais ledus siltums ir 38,1 J / K mol un ūdens īpatnējais siltums ir 75,4 J / K mol. Tātad aprēķins notiek dažās daļās. Pirmkārt, ledus jāuzsilda no 250 K līdz 273 K (t.i., no –23 ° C līdz 0 ° C). Par 5 molu ledus tas ir:

∆H = nC∆T

= 5 mol × 38,1 J / K mol × 23 K

= 4,382 kJ

Tagad reiziniet kušanas entalpiju ar molu skaitu:

=H = n ∆H_kušana

= 5 mol × 6,007 kJ / mol

= 30,035 kJ

Aprēķini par iztvaikošanu ir vienādi, izņemot tvaicēšanas entalpiju kušanas vietā. Visbeidzot, aprēķiniet pēdējo sildīšanas fāzi (no 273 līdz 300 K) tāpat kā pirmo:

∆H = nC∆T

= 5 mol × 75,4 J / K mol × 27 K

= 10,179 kJ

Apkopojiet šīs daļas, lai atrastu kopējās reakcijas entalpijas izmaiņas:

∆H_Kopā = 10,179 kJ + 30,035 kJ + 4,382 kJ

= 44,596 kJ

Hesa likums ir noderīgs gadījumos, kad jūsu apsveramajai reakcijai ir divas vai vairākas daļas un jūs vēlaties atrast kopējās entalpijas izmaiņas. Tajā teikts, ka reakcijas vai procesa entalpijas izmaiņas nav atkarīgas no maršruta, pa kuru tās notiek. Tas nozīmē, ka, ja reakcija pārveidojas par vielu citā, nav svarīgi, vai reakcija notiek vienā posmā (reaģenti kļūst par produktiem vai arī tas iziet cauri daudziem posmiem (reaģenti kļūst par starpniekiem un pēc tam kļūst par produktiem), rezultātā entalpijas izmaiņas ir vienādas abos gadījumos.

Parasti tas palīdz uzzīmēt diagrammu (skatīt resursus), kas palīdzēs jums izmantot šo likumu. Viens piemērs ir, ja jūs sākat ar sešiem moliem oglekļa kopā ar trim ūdeņradim, tie sadeg, apvienojoties ar skābekli kā starpposmu, un pēc tam veido benzolu kā gala produktu.

Hesa likums nosaka, ka reakcijas entalpijas izmaiņas ir abu daļu entalpijas izmaiņu summa. Šajā gadījumā viena mola oglekļa sadegšanai ir ∆H = −394 kJ / mol (tas notiek sešas reizes reakcijā), entalpijas izmaiņas viena mola sadedzināšanai ūdeņraža gāzes ∆H = −286 kJ / mol (tas notiek trīs reizes), un oglekļa dioksīda un ūdens starpnieki kļūst par benzolu ar entalpijas izmaiņām ∆H = +3,267 kJ / mol.

Ņemiet šo izmaiņu summu, lai atrastu kopējās entalpijas izmaiņas, atceroties katru reizināt ar reakcijas pirmajā posmā nepieciešamo molu skaitu:

∆H_Kopā = 6×(−394) + 3×(−286) +3,267

= 3,267 − 2,364 - 858

= 45 kJ / mol