วิธีการคำนวณเอนทัลปีของปฏิกิริยา

เอนทัลปีเกี่ยวข้องกับความร้อนที่เกิดจากปฏิกิริยาหรือจำเป็นสำหรับปฏิกิริยาที่จะเกิดขึ้น มันเกี่ยวข้องกับความแข็งแรงของพันธะในสารเพราะมีพลังงานศักย์อยู่ในพันธะเหล่านั้น

เพื่อทำความเข้าใจเอนทาลปี จำเป็นต้องเข้าใจพลังงานและอุณหพลศาสตร์ก่อน เทอร์โมไดนามิกส์คืออะไร? มันเป็น เชิงปริมาณ ศึกษาการถ่ายโอนพลังงานและการเปลี่ยนแปลง

พลังงานมีหลายรูปแบบ: พลังงานไฟฟ้า ศักย์ไฟฟ้า เทียบกับพลังงานจลน์ พลังงานเคมี (พันธะ) หรือความร้อน อะตอมหรือโมเลกุลสามารถมีพลังงานไฟฟ้าได้ในแง่ที่ว่าอิเล็กตรอนสามารถรับหรือบริจาคได้ พลังงานไฟฟ้ามีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากพฤติกรรมของอิเล็กตรอนเป็นตัวกำหนดว่าอะตอม โมเลกุล หรือสสารมีปฏิกิริยาอย่างไร

พลังงานไฟฟ้า ของโมเลกุลเกี่ยวข้องกับแนวคิดเรื่องความเสถียร: อิเล็กตรอนต้องการทำอะไร ออร์บิทัล ต้องการ ถูกเติม. ประจุบวกและประจุลบจะดึงดูดกันเพื่อให้ได้ระดับพลังงานที่ต่ำที่สุด อนุภาคที่มีประจุเท่ากันจะ ขับไล่ ซึ่งกันและกัน ซึ่งช่วยในการทำนายว่าอิเล็กตรอนจะทำอะไร

ในการก่อตัวของพันธะระหว่างอะตอม พลังงานจะถูกปล่อยออกมาหรือต้องการ ปริมาณพลังงานที่จำเป็นในการประสานองค์ประกอบเข้าด้วยกันเรียกว่า พลังงานพันธะ

การถ่ายโอนพลังงานและการเปลี่ยนแปลง:

• การชนกันส่งพลังงานจลน์จากวัตถุเคลื่อนที่ไปยังวัตถุอื่น
• สารร้อนที่อยู่ถัดจากสารที่เย็นกว่าจะส่งผลให้มีการถ่ายโอนพลังงาน (ความร้อน) จากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง
• พลังงานศักย์จะถ่ายโอนไปยังพลังงานจลน์เมื่อหินตกลงมาจากหิ้ง เมื่อหินกระทบพื้น พลังงานจลน์ของหินจะถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อน
• ในปฏิกิริยาการเผาไหม้ พลังงานเคมีจะเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อน
• ในปฏิกิริยาที่เปลี่ยนการสร้างโมเลกุล พลังงานจำเป็นหรือถูกปลดปล่อยออกมา

กฎการอนุรักษ์พลังงาน ระบุว่าพลังงานไม่ได้ถูกสร้างหรือทำลาย

แนวคิดของระบบและสภาพแวดล้อมในระบบปิด มีความสำคัญมากในอุณหพลศาสตร์ เมื่อคุณวัดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ จะเป็นการถ่ายโอนพลังงานจากระบบไปยังสภาพแวดล้อม (หรือในทางกลับกัน) ที่คุณกำลังวัด ปริมาณพลังงานทั้งหมดไม่เปลี่ยนแปลง แต่จะถ่ายโอนเท่านั้น

เอนทัลปี (โฮ) เป็นฟังก์ชันทางอุณหพลศาสตร์ที่อธิบายการไหลของความร้อนและแสดงเป็น กิโลจูล/โมล สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าเอนทาลปีไม่ได้วัดความร้อนอย่างเคร่งครัดแต่เกี่ยวข้องกับความดันและปริมาตร ดังที่คุณเห็นในสูตรด้านล่าง

เอนทาลปีของการก่อตัว คือความแตกต่างของเอนทาลปีระหว่างสารประกอบกับธาตุที่ประกอบขึ้น

H = E + pV

โฮ = เอนทาลปี อี = พลังงาน พี = ความดัน วี = ปริมาณ

กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ ระบุว่าพลังงานของระบบบวกกับสภาพแวดล้อมคงที่และเป็นผลรวมของความร้อน (q) และผลงาน (w) ที่เกิดขึ้นในระบบนั้น

ΔE = q + w

งานยังเป็นการไหลของพลังงานระหว่างระบบกับสิ่งแวดล้อมอีกด้วย วิธีง่ายๆ ในการแสดงภาพงานเป็นการถ่ายเทพลังงานคือการจินตนาการว่าลูกสูบเคลื่อนที่เมื่อมีแรงกระทำ

กฎของเฮสส์: เมื่อมีสมการเคมีที่สมดุลตั้งแต่สองสมการขึ้นไปเพื่อแสดงขั้นตอนของปฏิกิริยา การเปลี่ยนแปลงของเอนทาลปีสำหรับ สมการสุทธิ คือผลรวมของการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีสำหรับสมการแต่ละตัว

สิ่งนี้สนับสนุนความจริงที่ว่าเอนทาลปีเป็น ฟังก์ชั่นของรัฐ ซึ่งหมายความว่าเส้นทางที่ใช้ไม่ส่งผลกระทบต่อผลลัพธ์สุดท้ายในแง่ของการวัดเอนทัลปี เป็นไปตามกฎการอนุรักษ์พลังงานซึ่งพลังงานไม่ได้สร้างหรือทำลาย

เมื่อสารเปลี่ยนสถานะระหว่างเฟส (ของแข็ง ของเหลว ก๊าซ) การถ่ายโอนพลังงานสามารถอธิบายได้ด้วยสูตรต่อไปนี้:

q = nC_มΔตู่

q = ความร้อน น = โมล, C__ม = ความจุความร้อนกราม _Δ__T = อุณหภูมิเปลี่ยนแปลง

ความจุความร้อนจำเพาะ = ปริมาณพลังงานที่ต้องการทำให้อุณหภูมิของวัสดุ 1 กิโลกรัมสูงขึ้น 1 องศาเซลเซียส

ความจุความร้อนจำเพาะของฟันกราม = ปริมาณพลังงานที่ต้องใช้ในการทำให้อุณหภูมิของวัสดุ 1 โมลสูงขึ้น 1 หน่วย

ตัวอย่างที่ 1: คำนวณการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่เกิดจากการเพิ่มพลังงานความร้อน 250 J เป็น 0.50 โมลของปรอท

เห็นภาพไดอะแกรมของระบบความร้อนและสภาพแวดล้อมโดยทิศทางลูกศรไป เป็น ระบบ.

ใช้สูตร: q = nC_มΔT

เนื่องจากระบบจะขอให้คุณเปลี่ยนอุณหภูมิ คุณจึงจัดเรียงสูตรใหม่:

ΔT = q/nC_ม

ค้นหาความจุความร้อนกรามของปรอท: 28.3 J/mol K

ΔT = 250 J/(p.50 โมล)(28.3 J/mol K)
ΔT = 17.7 K

การคำนวณ เอนทาลปีของการก่อตัว เกี่ยวข้องกับการเขียนสมการเคมีที่สมดุลและการรวมการเปลี่ยนแปลงในเอนทาลปีของแต่ละขั้นตอน คุณต้องลดสมการในลักษณะที่คุณแก้หาอะตอมเดี่ยวของอะตอมที่ระบุไว้ในคำถาม กระบวนการนี้กำหนดไว้อย่างดีในตัวอย่างด้านล่าง

ตัวอย่างที่ 2: คำนวณการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีต่อโมลของคาร์บอนมอนอกไซด์สำหรับปฏิกิริยาของคาร์บอนมอนอกไซด์กับออกซิเจนเพื่อให้คาร์บอนไดออกไซด์

คาร์บอนที่ถูกเผาด้วยออกซิเจนที่จำกัดจะส่งผลให้เกิดคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) อย่างไรก็ตาม เมื่อมีออกซิเจนเพียงพอ ผลิตภัณฑ์ก็จะเป็นคาร์บอนไดออกไซด์₂).

2 C --> + O₂ (g) --> 2 CO (g)

ΔH = -221.0 kJ

2 C (s) + O₂ (g) --> CO₂ (ช)

ΔH = -393.5 kJ

จัดเรียงสมการแรกใหม่และกลับค่า ΔH จากนั้นปรับสมดุลสมการที่สอง

2 CO 9g) --> 2 C (s) + O₂ (ช)

ΔH = +221.0 kJ

2 C (s) + 2 O₂ (g) --> 2 CO₂ (ช)

ΔH = (2 โมล)(-393.5 kJ) = -787.0 kJ

ยกเลิก '2 C (s)' และ 'O₂' จากด้านขวาของสมการแรกกับค่าที่เท่ากันทางด้านซ้ายของสมการที่สองเพื่อให้ได้ค่าต่อไปนี้:

2 CO (g) + O₂ (g) --> 2 CO₂ (ช)

ΔH = (221.0 kJ) + (-787.0 kJ) = -566.0 kJ

เนื่องจากสมการขอCO. 1 โมล₂ไม่ใช่ 2 ให้หารทุกส่วนของสมการด้วย 2 เพื่อให้ได้สิ่งนี้

CO (ก.) + 1/2 O2 (ก.) --> CO2 (ก.)

ΔH = -566.0 kJ/2 = -283.0 kJ

การวัดปริมาณความร้อน คือการวัดทางวิทยาศาสตร์ของการถ่ายเทความร้อนจากระบบไปยังสภาพแวดล้อมหรือในทางกลับกัน แคลอรีมิเตอร์มีสองประเภท อันหนึ่งที่ความดันคงที่และอีกอันที่ความดันอาจเปลี่ยนแปลง ในระบบที่มีแรงดันคงที่ หากมีการเปลี่ยนแปลงปริมาตร แสดงว่ามีการขยายงาน สถานการณ์หนึ่งที่อาจเกิดขึ้นคือเมื่อกระบวนการทางเคมีเกี่ยวข้องกับก๊าซ