Enthalpy er relatert til varmen som enten avgis av en reaksjon eller kreves for at en reaksjon skal finne sted. Det er relatert til styrken til bindingene i et stoff fordi det er potensiell energi i disse bindingene.
For å forstå entalpi, må første energi og termodynamikk forstås. Hva er termodynamikk? Det er kvantitativ studie av energioverføringer og transformasjoner.
Energiformer
Det er mange former for energi: elektrisk energi, potensiell versus kinetisk energi, kjemisk (bånd) energi eller varme. Atomer eller molekyler kan ha elektrisk energi i den forstand at elektronene kan vinnes eller doneres. Elektrisk energi er ekstremt viktig fordi elektroners oppførsel avgjør hvordan et atom, molekyl eller stoff reagerer.
De elektrisk energi av molekyler forholder seg til begrepet stabilitet: Hva elektroner vil gjøre. Orbitaler ønsker Å bli fylt. Positive og negative ladninger tiltrekker hverandre for å oppnå lavest mulig energinivå. Partikler med samme ladning vil drive tilbake hverandre. Dette hjelper med å forutsi hva elektroner vil gjøre.
Ved dannelsen av bindinger mellom atomer frigjøres energi eller kreves. Mengden energi som kreves for å binde elementer sammen er referert til som binde energi.
Energioverføringer og transformasjoner:
- Kollisjoner overfører kinetisk energi fra et objekt i bevegelse til et annet objekt.
- Et varmt stoff ved siden av et kjøligere stoff vil føre til en overføring av energi (termisk) fra den ene til den andre.
- Potensiell energi overføres til kinetisk energi når en stein faller fra en avsats. Når fjellet treffer bakken, omdannes dets kinetiske energi til termisk energi.
- I en forbrenningsreaksjon blir kjemisk energi transformert til termisk energi.
- I reaksjoner som endrer molekylær sminke, kreves energi eller frigjøres.
De Lov om bevaring av energi sier at energi verken blir skapt eller ødelagt.
De konseptet om et system og omgivelser i et lukket system er veldig viktig innen termodynamikk. Når du måler temperaturendringer, er det overføring av energi fra systemet til omgivelsene (eller omvendt) du måler. Den totale energimengden endres ikke, den overføres bare.
Definisjon av Enthalpy
Enthalpy (H) er den termodynamiske funksjonen som beskriver varmestrømmen og uttrykkes i kJ / mol. Det er viktig å merke seg at entalpi ikke er et mål for varme, men er relatert til trykk og volum, som du kan se i formelen nedenfor.
De entalpi av dannelse er forskjellen i entalpi mellom en forbindelse og elementene den er laget av.
Formel for entalpi
H = E + pV
H = entalpi, E = energi, s = trykk, V = volum
Første lov om termodynamikk sier at energien til et system pluss omgivelsene forblir konstant og er en sum av varmen (q) og arbeidet (w) som foregår i det systemet.
ΔE = q + w
Arbeid er også en strøm av energi mellom et system og dets omgivelser. En enkel måte å visualisere arbeid som en energioverføring er å forestille seg stempler som beveger seg når en kraft utøves på dem.
Hess's Law: Når det er to eller flere balanserte kjemiske ligninger for å vise trinnene til en reaksjon, vil endringen i entalpi for nettoligning er summen av endringen i entalpier for hver enkelt ligning.
Dette støtter det faktum at entalpi er en tilstandsfunksjon, som betyr at stien som tas, ikke påvirker sluttresultatet når det gjelder måling av entalpi. Dette er i tråd med loven om bevaring av energi der energi verken skapes eller ødelegges.
Når stoffer overgår mellom faser (fast, væske, gass), kan energioverføringen beskrives med følgende formel:
q = nCmΔT
q = varme, n = føflekker, C_m = molar varmekapasitet, _Δ__T = endring i temperatur
Spesifikk varmekapasitet = mengden energi som kreves for å øke temperaturen på 1 kg materiale med 1 grad Celsius
Molarspesifikk varmekapasitet = mengden energi som kreves for å øke temperaturen på 1 mol materiale med 1 enhet
Beregning av reaksjonsentalpi
Eksempel 1: Beregn temperaturendringen som er resultatet av tilsetning av 250 J termisk energi til 0,50 mol kvikksølv.
Visualiser diagrammet for varmesystemet og omgivelsene med pilens retning inn i systemet.
Bruk formelen: q = nCmAT
Siden du blir bedt om endring i temperatur, omorganiserer du formelen:
AT = q / nCm
Slå opp den molare varmekapasiteten til kvikksølv: 28,3 J / mol K
AT = 250 J / (s.50 mol) (28.3 J / mol K)
AT = 17,7 K
Enthalpy of Formation
Beregning av entalpi av dannelse innebærer å skrive balanserte kjemiske ligninger og kombinere endringen i entalpi for hvert trinn. Du må redusere ligningene på en slik måte at du løser et enkelt atom av atomet som er spesifisert i spørsmålet. Prosessen er godt definert i eksemplet nedenfor.
Beregning av dannelsens entalpi
Eksempel 2: Beregn entalpiendringen per mol karbonmonoksid for reaksjonen av karbonmonoksid med oksygen for å gi karbondioksid.
Kull brent med begrenset oksygen vil resultere i karbonmonoksid (CO), men når det er tilstrekkelig oksygen, vil produktet være karbondioksid (CO2).
2 C (s) -> + O2 (g) -> 2 CO (g)
ΔH = -221,0 kJ
2 C (s) + O2 (g) -> CO2 (g)
ΔH = -393,5 kJ
Omorganiser den første ligningen og snu ΔH, og balanser den andre ligningen.
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
Avbryt '2 C (er)' og 'O'2'fra høyre side av den første ligningen med ekvivalenter på venstre side av den andre ligningen for å oppnå følgende:
2 CO (g) + O2 (g) -> 2 CO2 (g)
ΔH = (221,0 kJ) + (-787,0 kJ) = -566,0 kJ
Siden ligningen ber om 1 mol CO2, ikke 2, del alle deler av ligningen med 2 for å oppnå dette.
CO (g) + 1/2 O2 (g) -> CO2 (g)
ΔH = -566,0 kJ / 2 = -283,0 kJ
Metoder for måling av entalpi
Kalorimetri er den vitenskapelige målingen av varmeoverføring fra et system til omgivelsene eller omvendt. Det er to typer kalorimetre; den ene der trykket forblir konstant og det andre der trykket kan endres. I et system med konstant trykk, hvis det er en volumendring, har utvidelsesarbeidet skjedd. Et scenario der dette kan oppstå, er når en kjemisk prosess involverer gasser.