Ako vypočítať zmenu entalpie

Zmena entalpie reakcie je množstvo tepla absorbovaného alebo uvoľneného v priebehu reakcie, ak k nej dôjde pri konštantnom tlaku. Výpočet dokončíte rôznymi spôsobmi v závislosti od konkrétnej situácie a toho, aké informácie máte k dispozícii. Pri mnohých výpočtoch je Hessov zákon kľúčovou informáciou, ktorú musíte použiť, ale ak poznáte entalpiu produktov a reaktantov, výpočet je oveľa jednoduchší.

TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)

Zmeny v entalpii môžete vypočítať pomocou jednoduchého vzorca: ∆H = H_Produkty - H_reaktanty

Presná definícia entalpie (H) je súčtom vnútornej energie (U) plus súčin tlaku (P) a objemu (V). V symboloch je to:

H = U + PV

Zmena entalpie (∆H) je preto:

∆H = ∆U + ∆P∆V

Kde symbol delta (∆) znamená „zmena v“. V praxi sa tlak udržuje konštantný a vyššie uvedená rovnica je lepšie znázornená ako:

∆H = ∆U + P∆V

Pre konštantný tlak je však zmena entalpie jednoducho prenášané teplo (q):

∆H = q

Ak (q) je pozitívna, reakcia je endotermická (t. J. Absorbuje teplo z okolia), a ak je negatívna, reakcia je exotermická (t. J. Uvoľňuje teplo do svojho okolia). Entalpia má jednotky kJ / mol alebo J / mol alebo všeobecne energiu / hmotnosť. Vyššie uvedené rovnice skutočne súvisia s fyzikou toku tepla a energie: termodynamika.

Najzákladnejším spôsobom výpočtu zmeny entalpie je entalpia produktov a reaktantov. Ak poznáte tieto množstvá, na vypracovanie celkovej zmeny použite nasledujúci vzorec:

∆H = H_Produkty - H_reaktanty

Pridanie iónu sodného k chloridovému iónu za vzniku chloridu sodného je príkladom reakcie, ktorú môžete vypočítať týmto spôsobom. Iónový sodík má entalpiu –239,7 kJ / mol a chloridový ión má entalpiu –167,4 kJ / mol. Chlorid sodný (kuchynská soľ) má entalpiu -411 kJ / mol. Vložením týchto hodnôt získate:

∆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

Takže tvorba soli uvoľní takmer 4 kJ energie na mol.

Ak sa látka zmení z pevnej látky na kvapalnú, z kvapalnej na plynnú alebo z tuhej na plynnú, na týchto zmenách sa podieľajú špecifické entalpie. Entalpia (alebo latentné teplo) topenia popisuje prechod z tuhej látky na kvapalinu (rub je mínus táto hodnota a nazýva sa entalpia fúzie), entalpia odparovania popisuje prechod z kvapaliny na plyn (a opakom je kondenzácia) a entalpia sublimácie popisuje prechod z tuhej látky na plyn (reverz sa opäť nazýva entalpia kondenzácie).

Pre vodu je entalpia topenia ∆H_topenie = 6,007 kJ / mol. Predstavte si, že ohrievate ľad od 250 Kelvinov, kým sa neroztopí, a potom vodu ohrejete na 300 K. Zmenou entalpie pre vykurovacie časti je iba potrebné teplo, takže ju nájdete pomocou:

∆H = nC∆T

Kde (n) je počet mólov, (∆T) je zmena teploty a (C) je špecifické teplo. Merné teplo ľadu je 38,1 J / K mol a merné teplo vody je 75,4 J / K mol. Výpočet teda prebieha v niekoľkých častiach. Najskôr sa musí ľad zahriať na teplotu od 250 K do 273 K (tj. Od –23 ° C do 0 ° C). Pre 5 mólov ľadu je to:

∆H = nC∆T

= 5 mol × 38,1 J / K mol × 23 K.

= 4,382 kJ

Teraz vynásobte entalpiu topenia počtom molov:

∆H = n ∆H_topenie

= 5 mol × 6,007 kJ / mol

= 30,035 kJ

Výpočty pre vaporizáciu sú rovnaké, s výnimkou entalpie odparovania namiesto taviacej. Nakoniec vypočítajte konečnú fázu ohrevu (od 273 do 300 K) rovnakým spôsobom ako prvú:

∆H = nC∆T

= 5 mol × 75,4 J / K mol × 27 K.

= 10,179 kJ

Súčet týchto častí a nájdenie celkovej zmeny entalpie pre reakciu:

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

= 44 596 kJ

Hessov zákon je užitočný, keď má zvažovaná reakcia dve alebo viac častí a chcete nájsť celkovú zmenu entalpie. Uvádza sa v ňom, že zmena entalpie pre reakciu alebo proces je nezávislá od cesty, cez ktorú nastáva. To znamená, že ak sa reakcia premení na látku na inú, nezáleží na tom, či k reakcii dôjde v jednom kroku (reaktanty sa stanú produktmi okamžite) alebo či prejde mnohými krokmi (reaktanty sa stanú sprostredkovateľmi a potom sa stanú produktmi), je výsledná zmena entalpie rovnaká v obidva prípady.

Zvyčajne vám pomôže nakresliť diagram (pozri Zdroje), ktorý vám pomôže pri uplatňovaní tohto zákona. Jedným z príkladov je, ak začnete so šiestimi mólmi uhlíka v kombinácii s tromi vodíkom, spaľujú sa tak, že sa spoja s kyslíkom ako medziprodukt a potom vznikne benzén ako konečný produkt.

Hessov zákon hovorí, že zmena entalpie reakcie je súčtom zmien entalpie oboch častí. V tomto prípade má spaľovanie jedného mólu uhlíka ∆H = −394 kJ / mol (v reakcii sa to deje šesťkrát), zmena entalpie pre spaľovanie jedného mólu vodíkového plynu je ∆H = -286 kJ / mol (stáva sa to trikrát) a sprostredkovateľmi oxidu uhličitého a vody sa stávajú benzén so zmenou entalpie ∆H = +3 267 kJ / mol.

Vezmite súčet týchto zmien a nájdite celkovú zmenu entalpie. Pamätajte na to, že každú z nich musíte vynásobiť počtom mólov potrebných v prvej fáze reakcie:

∆H_Celkom = 6×(−394) + 3×(−286) +3,267

= 3,267 − 2,364 - 858

= 45 kJ / mol