Hur man beräknar reaktionsentalpier

Entalpi är relaterad till värmen som antingen avges av en reaktion eller krävs för att en reaktion ska äga rum. Det är relaterat till bindningarna i ett ämne eftersom det finns potentiell energi i dessa bindningar.

För att förstå entalpi måste första energi och termodynamik förstås. Vad är termodynamik? Det är kvantitativ studie av energiöverföringar och transformationer.

Det finns många former av energi: elektrisk energi, potential kontra kinetisk energi, kemisk (bindnings) energi eller värme. Atomer eller molekyler kan ha elektrisk energi i den meningen att elektronerna kan vinnas eller doneras. Elektrisk energi är extremt viktigt eftersom elektronernas beteende avgör hur en atom, molekyl eller substans reagerar.

De elektrisk energi av molekyler relaterar till begreppet stabilitet: Vad elektroner vill göra. Orbitaler vilja att bli fylld. Positiva och negativa laddningar lockar varandra för att uppnå lägsta möjliga energinivå. Partiklar med samma laddning kommer slå tillbaka varandra. Detta hjälper till att förutsäga vad elektroner kommer att göra.

Vid bildandet av bindningar mellan atomer frigörs energi eller krävs. Mängden energi som krävs för att binda element samman kallas bindningsenergi.

Energiöverföringar och omvandlingar:

• Kollisioner överför kinetisk energi från ett rörligt objekt till ett annat objekt.
• Ett hett ämne bredvid ett kallare ämne leder till en överföring av energi (termisk) från det ena till det andra.
• Potentiell energi överförs till kinetisk energi när en sten faller från en avsats. När berget träffar marken omvandlas dess kinetiska energi till termisk energi.
• I en förbränningsreaktion omvandlas kemisk energi till termisk energi.
• I reaktioner som förändrar molekylär smink krävs energi eller frigörs.

De Lag om bevarande av energi säger att energi varken skapas eller förstörs.

De konceptet för ett system och omgivning i ett slutet system är mycket viktigt inom termodynamik. När du mäter temperaturförändringar är det överföringen av energi från systemet till omgivningen (eller vice versa) som du mäter. Den totala mängden energi förändras inte utan överförs bara.

Enthalpi (H) är den termodynamiska funktionen som beskriver värmeflöde och uttrycks i kJ / mol. Det är viktigt att notera att entalpi inte är ett mått på värme utan är relaterat till tryck och volym, som du kan se i formeln nedan.

De formationens entalpi är skillnaden i entalpi mellan en förening och de element som den är gjord av.

H = E + pV

H = entalpi, E = energi, sid = tryck, V = volym

Första lagen om termodynamik anger att energin i ett system plus dess omgivning förblir konstant och är en summa av värmen (q) och arbetet (w) som pågår i det systemet.

AE = q + w

Arbete är också ett flöde av energi mellan ett system och dess omgivning. Ett enkelt sätt att visualisera arbetet som energiöverföring är att föreställa sig kolvar som rör sig när en kraft utövas på dem.

Hess's Law: När det finns två eller flera balanserade kemiska ekvationer för att visa stegen för en reaktion, förändras entalpi för nettoekvation är summan av förändringen i entalpier för varje enskild ekvation.

Detta stöder det faktum att entalpi är en statlig funktion, vilket innebär att den väg som tas inte påverkar slutresultatet när det gäller mätning av entalpi. Detta är i linje med lagen om bevarande av energi där energi varken skapas eller förstörs.

När ämnen övergår mellan faser (fast, flytande, gas) kan energiöverföringen beskrivas med följande formel:

q = nC_mΔT

q = värme, n = mol, C__m = molär värmekapacitet, _Δ__T = temperaturförändring

Specifik värmekapacitet = den mängd energi som krävs för att höja temperaturen på 1 kg material med 1 grad Celsius

Molspecifik värmekapacitet = mängden energi som krävs för att höja temperaturen på 1 mol material med 1 enhet

Exempel 1: Beräkna temperaturförändringen som är resultatet av tillsats av 250 J värmeenergi till 0,50 mol kvicksilver.

Visualisera diagrammet för värmesystemet och omgivningen med pilens riktning in i systemet.

Använd formeln: q = nC_mAT

Eftersom du blir ombedd att ändra temperaturen ordnar du om formeln:

AT = q / nC_m

Slå upp den molära värmekapaciteten för kvicksilver: 28,3 J / mol K

AT = 250 J / (s.50 mol) (28.3 J / mol K)
AT = 17,7 K

Beräkning av formationens entalpi innebär att man skriver balanserade kemiska ekvationer och kombinerar förändringen i entalpi för varje steg. Du måste reducera ekvationerna på ett sådant sätt att du löser för en enda atom i atomen som anges i frågan. Processen definieras väl i exemplet nedan.

Exempel 2: Beräkna entalpiförändringen per mol kolmonoxid för reaktion mellan kolmonoxid och syre för att ge koldioxid.

Kol som bränns med begränsat syre leder till kolmonoxid (CO), men när det finns tillräckligt med syre kommer produkten att vara koldioxid (CO₂).

2 C (s) -> + O₂ (g) -> 2 CO (g)

AH = -221,0 kJ

2 C (s) + O₂ (g) -> CO₂ (g)

AH = -393,5 kJ

Ordna om den första ekvationen och reversera ΔH och balansera sedan den andra ekvationen.

2 CO 9g) -> 2 C (s) + O₂ (g)

AH = +221,0 kJ

2 C (s) + 20₂ (g) -> 2 CO₂ (g)

AH = (2 mol) (- 393,5 kJ) = -787,0 kJ

Avbryt '2 C (s)' och 'O'₂från höger sida av den första ekvationen med ekvivalenterna till vänster om den andra ekvationen för att uppnå följande:

2 CO (g) + O₂ (g) -> 2 CO₂ (g)

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

Eftersom ekvationen ber om 1 mol CO₂, inte 2, dela alla delar av ekvationen med 2 för att uppnå detta.

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

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

Kalorimetri är den vetenskapliga mätningen av värmeöverföring från ett system till omgivningen eller vice versa. Det finns två typer av kalorimetrar; den ena där trycket förblir konstant och det andra där trycket kan förändras. I ett system med konstant tryck, om det sker en volymförändring, har expansionsarbete skett. Ett scenario där detta kan inträffa är när en kemisk process involverar gaser.