Cum se calculează entalpiile de reacție

Entalpia este legată de căldura care este fie degajată de o reacție, fie necesară pentru a avea loc o reacție. Este legat de puterea legăturilor dintr-o substanță, deoarece există energie potențială în aceste legături.

Pentru a înțelege entalpia, prima energie și termodinamica trebuie înțelese. Ce este termodinamica? Este cantitativ studiul transferurilor și transformărilor de energie.

Există multe forme de energie: energie electrică, potențială versus energie cinetică, energie chimică (legătură) sau căldură. Atomii sau moleculele pot avea energie electrică în sensul că electronii pot fi câștigați sau donați. Energia electrică este extrem de importantă, deoarece comportamentul electronilor determină modul în care reacționează un atom, o moleculă sau o substanță.

energie electrica de molecule se raportează la conceptul de stabilitate: Ce vor electronii să facă. Orbitali vrei a fi umplut. Sarcinile pozitive și negative se atrag reciproc pentru a obține cel mai mic nivel de energie posibil. Particulele cu aceeași sarcină vor

În formarea legăturilor dintre atomi, energia este fie eliberată, fie necesară. Cantitatea de energie necesară pentru a lega elementele împreună este denumită energie de legătură.

Transferuri de energie și transformări:

• Coliziunile transferă energia cinetică de la un obiect în mișcare la alt obiect.
• O substanță fierbinte lângă o substanță mai rece va avea ca rezultat un transfer de energie (termică) de la una la alta.
• Energia potențială se transferă către energia cinetică atunci când o piatră cade dintr-o periferie. Când roca lovește solul, energia sa cinetică se transformă în energie termică.
• Într-o reacție de ardere, energia chimică este transformată în energie termică.
• În reacțiile care schimbă structura moleculară, energia este fie necesară, fie eliberată.

Legea conservării energiei afirmă că energia nu este nici creată, nici distrusă.

conceptul de sistem și împrejurimi într-un sistem închis este foarte important în termodinamică. Când măsurați schimbările de temperatură, măsurați transferul de energie din sistem în împrejurimi (sau invers). Cantitatea totală de energie nu se schimbă, este doar transferată.

Entalpia (H) este funcția termodinamică care descrie fluxul de căldură și este exprimată în kJ / mol. Este important să rețineți că entalpia nu este strict o măsură a căldurii, ci este legată de presiune și volum, așa cum puteți vedea în formula de mai jos.

entalpia de formare este diferența de entalpie între un compus și elementele din care este compus.

H = E + pV

H = entalpia, E = energie, p = presiune, V = volum

Prima lege a termodinamicii afirmă că energia unui sistem plus împrejurimile sale rămâne constantă și este o sumă a căldurii (q) și munca (w) care au loc în acel sistem.

ΔE = q + w

Munca este, de asemenea, un flux de energie între un sistem și împrejurimile sale. O modalitate ușoară de a vizualiza munca ca un transfer de energie este de a imagina pistoane care se mișcă atunci când se exercită o forță asupra lor.

Legea lui Hess: Atunci când există două sau mai multe ecuații chimice echilibrate pentru a arăta etapele unei reacții, schimbarea entalpiei pentru ecuație netă este suma modificării entalpiei pentru fiecare ecuație individuală.

Acest lucru susține faptul că entalpia este o funcția de stat, ceea ce înseamnă că drumul parcurs nu afectează rezultatul final în ceea ce privește măsurarea entalpiei. Acest lucru este în conformitate cu legea conservării energiei, în care energia nu este nici creată, nici distrusă.

Atunci când substanțele fac tranziția între faze (solid, lichid, gaz) transferul de energie poate fi descris cu următoarea formulă:

q = nC_mΔT

q = căldură, n = alunițe, C__m = capacitatea de căldură molară, _Δ__T = schimbarea temperaturii

Capacitate specifică de căldură = cantitatea de energie necesară pentru a crește temperatura de 1 kg de material cu 1 grad Celsius

Capacitate de căldură specifică molară = cantitatea de energie necesară pentru a crește temperatura de 1 mol de material cu 1 unitate

Exemplul 1: Calculați schimbarea de temperatură care rezultă din adăugarea a 250 J de energie termică la 0,50 moli de mercur.

Vizualizați diagrama sistemului de căldură și a mediului înconjurător cu direcția săgeții în direcție în sistemul.

Folosiți formula: q = nC_mΔT

Deoarece vi se solicită schimbarea temperaturii, rearanjați formula:

ΔT = q / nC_m

Căutați capacitatea de căldură molară a mercurului: 28,3 J / mol K

ΔT = 250 J / (p.50 mol) (28,3 J / mol K)
ΔT = 17,7 K

Calculul entalpia de formare presupune scrierea de ecuații chimice echilibrate și combinarea schimbării entalpiei fiecărui pas. Trebuie să reduceți ecuațiile în așa fel încât să rezolvați un singur atom al atomului specificat în întrebare. Procesul este bine definit în exemplul de mai jos.

Exemplul 2: Calculați modificarea entalpiei pe mol de monoxid de carbon pentru reacția monoxidului de carbon cu oxigenul pentru a da dioxid de carbon.

Carbonul ars cu oxigen limitat va avea ca rezultat monoxid de carbon (CO), cu toate acestea, atunci când există suficient oxigen, produsul va fi dioxid de carbon (CO₂).

2 C (s) -> + O₂ (g) -> 2 CO (g)

ΔH = -221,0 kJ

2 C (s) + O₂ (g) -> CO₂ (g)

ΔH = -393,5 kJ

Rearanjați prima ecuație și inversați ΔH, apoi echilibrați a doua ecuație.

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

Anulați „2 C (s)” și „O₂„din partea dreaptă a primei ecuații cu echivalenții din partea stângă a celei de-a doua ecuații pentru a realiza următoarele:

2 CO (g) + O₂ (g) -> 2 CO₂ (g)

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

Deoarece ecuația cere 1 mol de CO₂, nu 2, împarte toate părțile ecuației la 2 pentru a realiza acest lucru.

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

ΔH = -566,0 kJ / 2 = -283,0 kJ

Calorimetrie este măsurarea științifică a transferului de căldură dintr-un sistem în împrejurimi sau invers. Există două tipuri de calorimetre; una în care presiunea rămâne constantă și cealaltă în care presiunea se poate modifica. Într-un sistem cu presiune constantă, dacă există o modificare a volumului, atunci au avut loc lucrări de extindere. Un scenariu în care acest lucru poate apărea este atunci când un proces chimic implică gaze.