Hvordan beregne entalpiforandring

Enhalpiendringen av en reaksjon er mengden varme som absorberes eller frigjøres når reaksjonen finner sted, hvis den skjer ved et konstant trykk. Du fullfører beregningen på forskjellige måter, avhengig av den spesifikke situasjonen og hvilken informasjon du har tilgjengelig. For mange beregninger er Hess's lov nøkkelinformasjonen du trenger å bruke, men hvis du kjenner entalpi av produktene og reaktantene, er beregningen mye enklere.

TL; DR (for lang; Leste ikke)

Du kan beregne endringer i entalpi ved å bruke den enkle formelen: ∆H = H_Produkter - H_reaktanter

Den presise definisjonen av entalpi (H) er summen av den indre energien (U) pluss produktet av trykk (P) og volum (V). I symboler er dette:

H = U + PV

En endring i entalpi (∆H) er derfor:

∆H = ∆U + ∆P∆V

Hvor delta-symbolet (∆) betyr "endring i." I praksis holdes trykket konstant og ovenstående ligning vises bedre som:

∆H = ∆U + P∆V

Imidlertid, for et konstant trykk, er endringen i entalpi ganske enkelt varmen (q) overført:

∆H = q

Hvis (q) er positiv, er reaksjonen endoterm (dvs. absorberer varme fra omgivelsene), og hvis den er negativ, er reaksjonen eksoterm (dvs. frigjør varme i omgivelsene). Enthalpy har enheter på kJ / mol eller J / mol, eller generelt, energi / masse. Likningene ovenfor er virkelig relatert til fysikken i varmestrøm og energi: termodynamikk.

Den mest grunnleggende måten å beregne endalpiendring på, bruker entalpi av produktene og reaktantene. Hvis du kjenner til disse mengdene, kan du bruke følgende formel for å finne ut den totale endringen:

∆H = H_Produkter - H_reaktanter

Tilsetningen av et natriumion til et kloridion for å danne natriumklorid er et eksempel på en reaksjon du kan beregne på denne måten. Jonisk natrium har en entalpi på -239,7 kJ / mol, og kloridion har entalpi −167,4 kJ / mol. Natriumklorid (bordsalt) har en entalpi på −411 kJ / mol. Å sette inn disse verdiene gir:

∆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

Så dannelsen av salt frigjør nesten 4 kJ energi per mol.

Når et stoff skifter fra fast til flytende, flytende til gass eller fast til gass, er det spesifikke entalpier involvert i disse endringene. Enthalpi (eller latent varme) av smelting beskriver overgangen fra fast til væske (det motsatte er minus denne verdien og kalt entalpi av fusjon), entalpien av fordampning beskriver overgang fra væske til gass (og det motsatte er kondens) og sublimeringens entalpi beskriver overgangen fra fast til gass (det motsatte kalles igjen kondalens entalpi).

For vann er smeltetalpen ∆H_smelter = 6,007 kJ / mol. Se for deg at du varmer is fra 250 Kelvin til den smelter, og varm deretter opp vannet til 300 K. Endalpiendringen for oppvarmingsdelene er bare den nødvendige varmen, slik at du finner den ved å bruke:

∆H = nC∆T

Hvor (n) er antall mol, er (∆T) endringen i temperatur og (C) er den spesifikke varmen. Den spesifikke varmen til is er 38,1 J / K mol og den spesifikke varmen til vann er 75,4 J / K mol. Så beregningen foregår i noen få deler. Først må isen varmes opp fra 250 K til 273 K (dvs. -23 ° C til 0 ° C). For 5 mol is er dette:

∆H = nC∆T

= 5 mol × 38,1 J / K mol × 23 K

= 4,382 kJ

Multipliser nå smeltetalpen med antall mol:

∆H = n ∆H_smelter

= 5 mol × 6,007 kJ / mol

= 30,035 kJ

Beregninger for fordampning er de samme, bortsett fra fordampningsentalpien i stedet for den smeltende. Til slutt beregner du den endelige oppvarmingsfasen (fra 273 til 300 K) på samme måte som den første:

∆H = nC∆T

= 5 mol × 75,4 J / K mol × 27 K

= 10,179 kJ

Sum disse delene for å finne den totale endringen i entalpi for reaksjonen:

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

= 44,596 kJ

Hess's lov er nyttig når reaksjonen du vurderer har to eller flere deler, og du vil finne den generelle endringen i entalpi. Den sier at entalpiendringen for en reaksjon eller prosess er uavhengig av ruten den skjer gjennom. Dette betyr at hvis reaksjonen forvandles på stoffet til et annet, spiller det ingen rolle om reaksjonen skjer i ett trinn (reaktanter blir produkter umiddelbart) eller om det går gjennom mange trinn (reaktanter blir mellommenn og blir deretter produkter), er den resulterende entalpiendringen den samme i begge tilfeller.

Det hjelper vanligvis å tegne et diagram (se Ressurser) for å hjelpe deg med å bruke denne loven. Et eksempel er at hvis du starter med seks mol karbon kombinert med tre hydrogen, forbrenner de for å kombinere med oksygen som et mellomtrinn og deretter danne benzen som sluttprodukt.

Hess ’lov sier at endringen i entalpi av reaksjonen er summen av endringene i entalpi av begge deler. I dette tilfellet har forbrenningen av ett mol karbon ∆H = −394 kJ / mol (dette skjer seks ganger i reaksjonen), endringen i entalpi for forbrenningen av en mol av hydrogengass er ∆H = −286 kJ / mol (dette skjer tre ganger) og karbondioksid og vannmellomformere blir benzen med en entalpiendring på ∆H = + 3267 kJ / mol.

Ta summen av disse endringene for å finne den totale entalpiendringen, og husk å multiplisere hver med antall mol som trengs i det første trinnet av reaksjonen:

∆H_Total = 6×(−394) + 3×(−286) +3,267

= 3,267 − 2,364 - 858

= 45 kJ / mol