Ako vypočítať entalpie reakcie

Entalpia súvisí s teplom, ktoré sa buď vydáva reakciou, alebo ktoré je potrebné na to, aby reakcia prebehla. Súvisí to so silou väzieb v látke, pretože v týchto väzbách je potenciálna energia.

Aby sme pochopili entalpiu, je potrebné pochopiť prvú energiu a termodynamiku. Čo je to termodynamika? Je to kvantitatívne štúdium prenosov a transformácií energie.

Existuje veľa foriem energie: elektrická energia, potenciálna verzus kinetická energia, chemická (väzbová) energia alebo teplo. Atómy alebo molekuly môžu mať elektrickú energiu v tom zmysle, že elektróny je možné získať alebo darovať. Elektrická energia je mimoriadne dôležitá, pretože správanie elektrónov určuje, ako reaguje atóm, molekula alebo látka.

The elektrická energia molekúl súvisí s konceptom stability: Čo chcú elektróny robiť. Orbitály chcieť vyplniť. Kladné a záporné náboje sa navzájom priťahujú, aby dosiahli čo najnižšiu hladinu energie. Častice s rovnakým nábojom budú odpudzovať navzájom. To pomáha pri predpovedaní, čo budú elektróny robiť.

Pri vytváraní väzieb medzi atómami sa energia uvoľňuje alebo vyžaduje. Množstvo energie, ktoré je potrebné na vzájomné spojenie prvkov, sa označuje ako energia väzby.

Transfery a premeny energie:

• Zrážky prenášajú kinetickú energiu z pohybujúceho sa objektu do iného objektu.
• Horúca látka vedľa chladnejšej látky bude mať za následok prenos energie (tepelnej) z jednej do druhej.
• Potenciálna energia sa prenáša na kinetickú energiu, keď skala spadne z rímsy. Keď skala narazí na zem, jej kinetická energia sa premení na tepelnú energiu.
• Pri spaľovacej reakcii sa chemická energia transformuje na tepelnú energiu.
• Pri reakciách, ktoré menia molekulárny makeup, je energia buď potrebná, alebo uvoľnená.

The Zákon o úspore energie uvádza, že energia sa ani nevytvára, ani nezničí.

The koncepcia systému a okolia v uzavretom systéme je v termodynamike veľmi dôležitý. Keď meriate zmeny teploty, meriate to je prenos energie zo systému do okolia (alebo naopak). Celkové množstvo energie sa nemení, iba sa prenáša.

Entalpia (H) je termodynamická funkcia, ktorá popisuje tepelný tok a je vyjadrená v kJ / mol. Je dôležité si uvedomiť, že entalpia nie je striktne mierou tepla, ale súvisí s tlakom a objemom, ako vidíte na nasledujúcom vzorci.

The entalpia formácie je rozdiel v entalpii medzi zlúčeninou a prvkami, z ktorých je vyrobená.

H = E + pV

H = entalpia, E = energia, p = tlak, V. = objem

Prvý zákon termodynamiky uvádza, že energia systému plus jeho okolia zostáva konštantná a je súčtom tepla (q) a dielo (w), ktoré sa uskutočňujú v tomto systéme.

ΔE = q + w

Práca je tiež tok energie medzi systémom a jeho okolím. Ľahký spôsob, ako si predstaviť prácu ako prenos energie, je predstaviť si piesty, ktoré sa pohybujú, keď na ne vyvinie sila.

Hessov zákon: Ak existujú dve alebo viac vyvážených chemických rovníc, ktoré znázorňujú kroky reakcie, zmena entalpie pre čistá rovnica je súčet zmeny entalpií pre každú jednotlivú rovnicu.

To podporuje skutočnosť, že entalpia je a štátna funkcia, čo znamená, že zvolená cesta neovplyvňuje konečný výsledok z hľadiska merania entalpie. To je v súlade so zákonom zachovania energie, pri ktorom sa energia ani nevytvára, ani nezničí.

Pri prechode látok medzi fázami (pevná látka, kvapalina, plyn) možno prenos energie opísať nasledujúcim vzorcom:

q = nC_mΔT

q = teplo, n = krtky, C__m = molárna tepelná kapacita, _Δ__T = zmena teploty

Merná tepelná kapacita = množstvo energie potrebné na zvýšenie teploty 1 kg materiálu o 1 stupeň Celzia

Molárna špecifická tepelná kapacita = množstvo energie potrebné na zvýšenie teploty 1 molu materiálu o 1 jednotku

Príklad 1: Vypočítajte teplotnú zmenu, ktorá je výsledkom pridania 250 J tepelnej energie k 0,50 mólu ortuti.

Vizualizujte schému tepelného systému a okolia so šípkou v smere do systém.

Použite vzorec: q = nC_mΔT

Pretože sa zobrazí výzva na zmenu teploty, usporiadate vzorec:

ΔT = q / nC_m

Vyhľadajte molárnu tepelnú kapacitu ortuti: 28,3 J / mol K.

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

Výpočet entalpia formácie zahŕňa písanie vyvážených chemických rovníc a kombinovanie zmeny entalpie každého kroku. Rovnice musíte zmenšiť tak, aby ste ich vyriešili pre jeden atóm atómu, ktorý je uvedený v otázke. Proces je dobre definovaný v príklade nižšie.

Príklad 2: Vypočítajte zmenu entalpie na mol oxidu uhoľnatého pre reakciu oxidu uhoľnatého s kyslíkom za vzniku oxidu uhličitého.

Uhlík spálený s obmedzeným obsahom kyslíka bude mať za následok oxid uhoľnatý (CO), avšak pri dostatku kyslíka bude produktom oxid uhličitý (CO₂).

2 C (s) -> + O.₂ (g) -> 2 CO (g)

ΔH = -221,0 kJ

2 C (s) + O₂ (g) -> CO₂ g)

AH = -393,5 kJ

Usporiadajte prvú rovnicu a obráťte ΔH, potom vyvážte druhú rovnicu.

2 CO 9 g) -> 2 C (s) + O.₂ g)

ΔH = +221,0 kJ

2 C (s) +20₂ (g) -> 2 CO₂ g)

ΔH = (2 mol) (- 393,5 kJ) = -787,0 kJ

Zrušiť „2 C“ a „O₂„z pravej strany prvej rovnice s ekvivalentmi na ľavej strane druhej rovnice, aby sa dosiahlo toto:

2 CO (g) + O₂ (g) -> 2 CO₂ g)

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

Pretože rovnica požaduje 1 mol CO₂, nie 2, aby ste to dosiahli, vydelte všetky časti rovnice 2.

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

AH = -566,0 kJ / 2 = -283,0 kJ

Kalorimetria je vedecké meranie prestupu tepla zo systému do okolia alebo naopak. Existujú dva typy kalorimetrov; jeden, v ktorom tlak zostáva konštantný, a druhý, kde sa tlak môže meniť. Ak v systéme s konštantným tlakom dôjde k zmene objemu, došlo k expanznej práci. Jedným zo scenárov, kde k tomu môže dôjsť, je prípad, keď chemický proces zahŕňa plyny.