Як розрахувати ентальпії реакції

Ентальпія пов’язана з теплом, яке або виділяється в результаті реакції, або необхідне для проведення реакції. Це пов’язано з міцністю зв’язків у речовині, оскільки в цих зв’язках є потенційна енергія.

Щоб зрозуміти ентальпію, слід зрозуміти спочатку енергію та термодинаміку. Що таке термодинаміка? Це кількісний вивчення передачі та перетворення енергії.

Існує багато видів енергії: електрична енергія, потенційна проти кінетичної енергії, хімічна (зв’язкова) енергія або тепло. Атоми або молекули можуть мати електричну енергію в тому сенсі, що електрони можуть бути отримані або віддані. Електрична енергія надзвичайно важлива, оскільки поведінка електронів визначає реакцію атома, молекули чи речовини.

електрична енергія молекул стосується поняття стабільності: що хочуть робити електрони. Орбіталі хочуть заповнювати. Позитивні та негативні заряди приваблюють один одного, щоб отримати якнайнижчий рівень енергії. Частинки з однаковим зарядом будуть відбивати один одного. Це допомагає передбачити, що будуть робити електрони.

При утворенні зв’язків між атомами енергія виділяється або потрібна. Кількість енергії, яка потрібна для зв’язування елементів між собою, називається енергія зв'язку.

Передача та перетворення енергії:

• Зіткнення передають кінетичну енергію від рухомого об'єкта іншому об'єкту.
• Гаряча речовина поруч із більш холодною речовиною призведе до передачі енергії (теплової) від однієї до іншої.
• Потенційна енергія передається кінетичній енергії, коли камінь падає з уступу. Коли гірська порода впадає в землю, її кінетична енергія перетворюється на теплову.
• У реакції горіння хімічна енергія перетворюється на теплову.
• У реакціях, що змінюють молекулярний склад, енергія потрібна або виділяється.

Закон збереження енергії стверджує, що енергія ні створюється, ні руйнується.

Поняття системи та оточення у закритій системі дуже важливий у термодинаміці. Коли ви вимірюєте зміни температури, ви вимірюєте передачу енергії від системи до оточення (або навпаки). Загальна кількість енергії не змінюється, вона лише передається.

Ентальпія (H) - термодинамічна функція, яка описує тепловий потік і виражається в кДж / моль. Важливо зазначити, що ентальпія не є строго мірою тепла, а пов’язана з тиском та об’ємом, як ви можете бачити у формулі нижче.

ентальпія формації - це різниця в ентальпії між сполукою та елементами, з яких вона складається.

H = E + pV

H = ентальпія, Е = енергія, стор = тиск, V = обсяг

Перший закон термодинаміки стверджує, що енергія системи плюс її оточення залишається постійною і є сумою теплоти (q) і робота (w), що відбуваються в цій системі.

ΔE = q + w

Робота - це також потік енергії між системою та її оточенням. Простий спосіб візуалізувати роботу як передачу енергії - уявити поршні, які рухаються, коли на них діє сила.

Закон Гесса: Коли є два або більше збалансованих хімічних рівнянь, щоб показати етапи реакції, зміна ентальпії для чисте рівняння - це сума зміни ентальпій для кожного окремого рівняння.

Це підтверджує той факт, що ентальпія є функція стану, що означає, що пройдений шлях не впливає на кінцевий результат з точки зору вимірювання ентальпії. Це відповідає закону збереження енергії, при якому енергія ні створюється, ні руйнується.

При переході речовин між фазами (тверда, рідка, газова) передача енергії може бути описана за такою формулою:

q = nC_мΔТ

q = тепло, п = родимки, C__м = мольна теплоємність, _Δ__T = зміна температури

Питома теплоємність = кількість енергії, необхідна для підвищення температури 1 кг матеріалу на 1 градус Цельсія

Молярна питома теплоємність = кількість енергії, необхідна для підвищення температури 1 моль матеріалу на 1 одиницю

Приклад 1: Обчисліть зміну температури, яка виникає в результаті додавання 250 Дж теплової енергії до 0,50 молей ртуті.

Візуалізуйте схему теплової системи та оточення з напрямком стрілки в система.

Використовуйте формулу: q = nC_мΔT

Оскільки вас просять зміни температури, ви переставляєте формулу:

ΔT = q / nC_м

Подивіться на молярну теплоємність ртуті: 28,3 Дж / моль К

ΔT = 250 Дж / (п. 50 моль) (28,3 Дж / моль К)
ΔT = 17,7 К

Розрахунок ентальпія формації передбачає написання збалансованих хімічних рівнянь та поєднання змін у ентальпії кожного кроку. Ви повинні зменшити рівняння таким чином, щоб розв’язати для одного атома атома, який вказаний у питанні. Процес добре визначений у прикладі нижче.

Приклад 2: Обчисліть зміну ентальпії на моль оксиду вуглецю для реакції оксиду вуглецю з киснем з отриманням вуглекислого газу.

Вуглець, спалений з обмеженим вмістом кисню, призведе до окису вуглецю (CO), однак, коли достатньо кисню, продуктом буде вуглекислий газ (CO₂).

2 C (s) -> + O₂ (g) -> 2 CO (g)

ΔH = -221,0 кДж

2 C (s) + O₂ (g) -> CO₂ (g)

ΔH = -393,5 кДж

Переставити перше рівняння та змінити ΔH, а потім збалансувати друге рівняння.

2 CO 9g) -> 2 C (s) + O₂ (g)

ΔH = +221,0 кДж

2 C (s) + 2 O₂ (g) -> 2 CO₂ (g)

ΔH = (2 моль) (- 393,5 кДж) = -787,0 кДж

Скасуйте '2 C (s)' та 'O₂'від правої частини першого рівняння з еквівалентами лівої частини другого рівняння для досягнення наступного:

2 CO (g) + O₂ (g) -> 2 CO₂ (g)

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

Оскільки рівняння вимагає 1 моль CO₂, а не 2, для досягнення цього розділіть усі частини рівняння на 2.

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

ΔH = -566,0 кДж / 2 = -283,0 кДж

Калориметрія - це наукове вимірювання теплопередачі від системи до оточення або навпаки. Існує два типи калориметрів; одна, в якій тиск залишається постійним, а друга, де тиск може змінюватися. У системі з постійним тиском, якщо відбувається зміна гучності, то відбулася робота по розширенню. Один із сценаріїв, коли це може статися, це коли хімічний процес включає гази.