Kako izračunati spremembo entalpije

Sprememba entalpije v reakciji je količina toplote, ki se absorbira ali sprosti med reakcijo, če se zgodi pri stalnem tlaku. Izračun zaključite na različne načine, odvisno od konkretne situacije in informacij, ki jih imate na voljo. Za številne izračune je Hessov zakon ključni podatek, ki ga morate uporabiti, če pa poznate entalpijo produktov in reaktantov, je izračun veliko enostavnejši.

TL; DR (predolgo; Nisem prebral)

Spremembe entalpije lahko izračunate s preprosto formulo: ∆H = H_izdelkov - H_reaktanti

Natančna opredelitev entalpije (H) je vsota notranje energije (U) plus zmnožek tlaka (P) in prostornine (V). V simbolih je to:

H = U + PV

Sprememba entalpije (∆H) je torej:

∆H = ∆U + ∆P∆V

Kjer delta simbol (∆) pomeni "sprememba". V praksi je tlak konstanten in zgornja enačba je bolje prikazana kot:

∆H = ∆U + P∆V

Vendar pa je pri konstantnem tlaku sprememba entalpije preprosto prenesena toplota (q):

∆H = q

Če je (q) pozitiven, je reakcija endotermna (tj. Absorbira toploto iz okolice), če je negativna, pa je reakcija eksotermna (tj. Sprošča toploto v okolico). Entalpija ima enote kJ / mol ali J / mol ali na splošno energijo / maso. Zgornje enačbe so res povezane s fiziko toplotnega toka in energije: termodinamika.

Najosnovnejši način za izračun spremembe entalpije je entalpija produktov in reaktantov. Če poznate te količine, uporabite naslednjo formulo, da ugotovite splošno spremembo:

∆H = H_izdelkov - H_reaktanti

Dodatek natrijevega iona kloridnemu ionu, da nastane natrijev klorid, je primer reakcije, ki jo lahko izračunate na ta način. Jonski natrij ima entalpijo –239,7 kJ / mol, kloridni ion pa −167,4 kJ / mol. Natrijev klorid (kuhinjska sol) ima entalpijo -411 kJ / mol. Če vstavite te vrednosti, dobite:

∆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

Tvorba soli torej sprosti skoraj 4 kJ energije na mol.

Ko se snov spremeni iz trdne v tekočo, tekoča v plin ali trdna v plin, pri teh spremembah sodelujejo posebne entalpije. Entalpija (ali latentna toplota) taljenja opisuje prehod iz trdne snovi v tekočino (obratno je minus ta vrednost in se imenuje entalpija fuzije), entalpija uparjanja opisuje prehod iz tekočine v plin (nasprotno pa je kondenzacija) in entalpija sublimacije opisuje prehod iz trdne snovi v plin (obratno spet imenujemo entalpija kondenzacije).

Za vodo je entalpija taljenja ∆H_taljenje = 6,007 kJ / mol. Predstavljajte si, da led segrevate od 250 Kelvinov, dokler se ne stopi, nato pa vodo segrejete na 300 K. Sprememba entalpije za ogrevalne dele je le potrebna toplota, zato jo lahko najdete s pomočjo:

∆H = nC∆T

Kjer je (n) število molov, (∆T) je sprememba temperature in (C) specifična toplota. Specifična toplota ledu je 38,1 J / K mol, specifična toplota vode pa 75,4 J / K mol. Izračun torej poteka v nekaj delih. Najprej je treba led segreti od 250 K do 273 K (tj. -23 ° C do 0 ° C). Za 5 molov ledu je to:

∆H = nC∆T

= 5 mol × 38,1 J / K mol × 23 K

= 4,382 kJ

Zdaj pomnožite entalpijo taljenja s številom molov:

∆H = n ∆H_taljenje

= 5 mol × 6,007 kJ / mol

= 30,035 kJ

Izračuni za uparjanje so enaki, razen pri uparjalni entalpiji namesto taljenja. Na koncu izračunajte končno ogrevalno fazo (od 273 do 300 K) na enak način kot prvo:

∆H = nC∆T

= 5 mol × 75,4 J / K mol × 27 K

= 10,179 kJ

Seštejte te dele in poiščite skupno spremembo entalpije za reakcijo:

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

= 44,596 kJ

Hessov zakon je koristen, kadar ima reakcija, o kateri razmišljate, dva ali več delov in želite ugotoviti splošno spremembo entalpije. Navaja, da je sprememba entalpije za reakcijo ali postopek neodvisna od poti, po kateri se pojavi. To pomeni, da če se reakcija spremeni na snovi v drugo, ni pomembno, ali pride do reakcije v enem koraku (reaktanti postanejo produkti takoj) ali če gre skozi več korakov (reaktanti postanejo posredniki in nato postanejo proizvodi), je posledična sprememba entalpije enaka oba primera.

Običajno pomaga pri risanju diagrama (glej vire), ki vam bo pomagal pri uporabi tega zakona. En primer je, če začnete s šestimi moli ogljika v kombinaciji s tremi vodikom, ki zgorevajo, da se kombinirajo s kisikom kot vmesnim korakom in nato tvorijo benzen kot končni produkt.

Hessov zakon pravi, da je sprememba entalpije reakcije vsota sprememb entalpije obeh delov. V tem primeru ima izgorevanje enega mola ogljika ∆H = −394 kJ / mol (v reakciji se to zgodi šestkrat), sprememba entalpije pri izgorevanju enega mola vodikovega plina je ∆H = −286 kJ / mol (to se zgodi trikrat) in posredniki ogljikovega dioksida in vode postanejo benzen s spremembo entalpije ∆H = +3,267 kJ / mol.

Vzemite vsoto teh sprememb in poiščite skupno spremembo entalpije, pri čemer ne pozabite pomnožiti vsakega s številom molov, potrebnih v prvi fazi reakcije:

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

= 3,267 − 2,364 - 858

= 45 kJ / mol