Kaj je entalpija?

The entalpija to je merilo količine energije v telesu (sistemu), ki ima prostornino, je pod pritiskom in se lahko zamenja z okoljem. Predstavljena je s črko H. Fizična enota, povezana z njo, je julij (J = kgm2 / s2).

Matematično se lahko izrazi na naslednji način:

H = U + PV

Kje:

H = entalpija

U = notranja energija sistema

P = Tlak

V = Volumen

Če sta obe U in P in V funkciji stanja, bo H tudi. To je zato, ker v danem trenutku lahko podamo končne in začetne pogoje spremenljivke, ki jo bomo preučili v sistemu.

Indeks

• 1 Kakšna je entalpija treninga?
  • 1.1 Primer
  • 1.2 Egzotermne in endotermne reakcije
• 2 Vaje za izračun entalpije
  • 2.1 Vaja 1
  • 2.2 Vaja 2
  • 2.3 Vaja 3
• 3 Reference

Kakšna je entalpija treninga?

To je toplota, ki jo absorbira ali izpušča sistem, če je 1 mol produkta snovi proizveden iz njegovih elementov v običajnem agregatnem stanju; trdno, tekoče, plinasto, raztopljeno ali v stabilnejšem alotropnem stanju.

Najbolj stabilno alotropno stanje ogljika je grafit, poleg tega pa je pri normalnih tlakih 1 atmosfera in 25 ° C temperatura.

Označen je kot ΔH ° f. Na ta način:

ΔH ° f = končna H - začetna H

Δ: Grška črka, ki simbolizira spremembo ali spremembo energije končnega in začetnega stanja. Spodnji indeks f pomeni tvorbo spojine in nadpisane ali standardne pogoje.

Primer

Glede na reakcijo tvorbe tekoče vode

H2 (g) + 1/2 O2 (g) H2O (l) ΔH ° f = -285,84 kJ / mol

Reagenti: Vodik in kisik, njegovo naravno stanje je plinasto.

Izdelek: 1 mol tekoče vode.

Treba je opozoriti, da so entalpije tvorbe v skladu z definicijo za 1 mol proizvedene spojine, zato je treba reakcijo po možnosti prilagoditi s frakcijskimi koeficienti, kot je prikazano v prejšnjem primeru..

Eksotermne in endotermne reakcije

V kemijskem procesu je entalpija tvorbe lahko pozitivna ΔHof> 0, če je reakcija endotermna, kar pomeni, da absorbira toploto iz medija ali negativnega ΔHof<0 si la reacción es exotérmica con emisión de calor desde el sistema.

Eksotermna reakcija

Reagenti imajo več energije kot proizvodi.

ΔH ° f <0

Endotermična reakcija

Reagenti imajo nižjo energijo kot izdelki.

ΔH ° f> 0

Da bi pravilno napisali kemijsko enačbo, mora biti molarno uravnotežen. Zaradi skladnosti z "zakonom o ohranjanju snovi" mora vsebovati tudi podatke o fizikalnem stanju reagentov in proizvodov, ki je znano kot agregatno stanje..

Upoštevati je treba tudi, da imajo čiste snovi entalpijo tvorbe od nič do standardnih pogojev in v njihovi najstabilnejši obliki.

V kemijskem sistemu, kjer obstajajo reaktanti in proizvodi, je entalpija reakcije enaka entalpiji tvorbe v standardnih pogojih..

ΔH ° rxn = ΔH ° f

Ob upoštevanju zgoraj navedenega moramo:

ΔH ° rxn = Σnproductos Hivectivos Σnreactivos Hreactivos

Glede na naslednjo fiktivno reakcijo

aA + bB cC

Kjer so a, b, c koeficienti uravnotežene kemijske enačbe.

Izraz za entalpijo reakcije je:

ΔH ° rxn = c ΔH ° f C (a ΔH ° f A + b ΔH ° f B)

Ob predpostavki, da: a = 2 mol, b = 1 mol in c = 2 mol.

ΔH ° f (A) = 300 KJ / mol, ΔH ° f (B) = -100 KJ / mol, ΔH ° f (C) = -30 KJ. Izračunajte ΔH ° rxn

ΔH ° rxn = 2mol (-30KJ / mol) - (2mol (300KJ / mol + 1mol (-100KJ / mol) = -60KJ - (600KJ - 100KJ) = -560KJ

ΔH ° rxn = -560KJ.

Ustreza eksotermni reakciji.

Vrednosti entalpije za tvorbo nekaterih anorganskih in organskih kemičnih spojin pri tlaku 25 ° C in 1 atm

Vaje za izračun entalpije

Vaja 1

Poiščite entalpijo reakcije NO2 (g) v skladu z naslednjo reakcijo:

2NO (g) + O2 (g) 2NO2 (g)

S pomočjo enačbe za entalpijo reakcije imamo:

ΔH ° rxn = Σnproductos Hivectivos Σnreactivos Hreactivos

ΔH ° rxn = 2mol (ΔH ° f NO2) - (2mol ΔH ° f NO + 1mol ΔH ° f O2)

V tabeli v prejšnjem razdelku vidimo, da je entalpija tvorbe za kisik 0 KJ / mol, ker je kisik čista spojina.

ΔH ° rxn = 2mol (33.18KJ / mol) - (2mol 90.25 KJ / mol + 1 mol 0)

ΔH ° rxn = -114,14 KJ

Še en način za izračun entalpije reakcije v kemijskem sistemu je HESS ZAKON, ki ga je predlagal švicarski kemik Germain Henri Hess v letu 1840.

Zakon pravi: "Energija, ki se absorbira ali oddaja v kemijskem procesu, v katerem reaktanti postanejo proizvodi, je enaka, če se izvaja v eni fazi ali v več".

Vaja 2

Dodatek vodika acetilenu v etan lahko izvedemo v enem koraku:

C2H2 (g) + 2H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° f = - 311,42 KJ / mol

Ali pa lahko poteka tudi v dveh fazah:

C2H2 (g) + H2 (g) H2C = CH2 (g) ΔH ° f = - 174,47 KJ / mol

H2C = CH2 (g) + H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° f = - 136.95 KJ / mol

Z dodajanjem obeh enačb algebraično imamo:

C2H2 (g) + H2 (g) H2C = CH2 (g) ΔH ° f = - 174,47 KJ / mol

H2C = CH2 (g) + H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° f = - 136.95 KJ / mol

C2H2 (g) + 2H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° rxn = 311,42 KJ / mol

Vaja 3

(Vzeto iz quimitube.com Vaja 26. Termodinamika Hessov zakon)

Izračunajte oksidacijsko entalpijo etanola, da dobite kot ocetno kislino in produkte vode, vedoč, da se pri zgorevanju 10 gramov etanola sprosti 300 KJ energije in pri zgorevanju 10 gramov ocetne kisline se sprosti 140 KJ energije..

Kot lahko vidite v izjavi problema, se pojavijo le numerični podatki, vendar se kemijske reakcije ne pojavijo, zato jih je potrebno napisati..

CH3CH2OH (1) + 3O2 (g) 2CO2 (g) +3 H2O (l) ΔH1 = -1380 KJ / mol.

Vrednost negativne entalpije je zapisana, ker problem pravi, da je sprostitev energije. Prav tako morate upoštevati, da so 10 gramov etanola, zato morate izračunati energijo za vsak mol etanola. Za to se izvede naslednje:

Zahteva se molska masa etanola (vsota atomskih uteži), ki je enaka 46 g / mol.

ΔH1 = -300 KJ (46 g) etanol = - 1380 KJ / mol

10 g etanola 1 mol etanola

Enako velja za ocetno kislino: \ t

CH3COOH (1) + 2O2 (g) 2CO2 (g) + 2 H20 (l) ΔH2 = -840 KJ / mol

ΔH2 = -140 KJ (60 g ocetne kisline) = - 840 KJ / mol

10 g ocetne kisline 1 mol ocetne kisline.

V zgornjih reakcijah so opisane zgorevanja etanola in ocetne kisline, zato je potrebno napisati problemsko formulo, ki je oksidacija etanola v ocetno kislino z vodo..

To je reakcija, ki jo zahteva problem. To je že uravnoteženo.

CH3CH2OH (l) + O2 (g) CH3COOH (l) + H2O (l) ΔH3 = ?

Uporaba Hessovega zakona

Da bi to naredili, termodinamične enačbe pomnožimo z numeričnim koeficientom, da jih naredimo algebrske in pravilno uredimo vsako enačbo. To se izvede, kadar en ali več reagentov ni na ustrezni strani enačbe.

Prva enačba ostaja enaka, ker je etanol na strani reaktantov, kar kaže enačba problema.

Druga enačba je potrebna, da jo pomnožimo s koeficientom -1, tako da lahko reaktivna ocetna kislina postane proizvod.

CH3CH2OH (1) + 3O2 (g) 2CO2 (g) + 3H20 (l) ΔH1 = -1380 KJ / mol.

- CH3COOH (l) - 2O2 (g) - 2CO2 (g) - 2H2O (l) ΔH2 = - (-840 KJ / mol)

CH3CH3OH + 3O2-202-CH3COOH2C02 + 3H20-2CO2

-2H2O

Dodane so algebraično in to je rezultat: enačba, zahtevana v težavi.

CH3CH3OH (1) + 02 (g) CH3COOH (l) + H2O (l)

Določite entalpijo reakcije.

Enako kot vsako reakcijo, pomnoženo s številskim koeficientom, je treba pomnožiti tudi vrednost entalpij

ΔH3 = 1x ΔH1 -1xΔH2 = 1x (-1380) -1x (-840)

AH3 = -1380 + 840 = - 540 KJ / mol

ΔH3 = - 540 KJ / mol.

V prejšnji vaji etanol predstavlja dve reakciji, zgorevanje in oksidacijo.

V vsaki reakciji zgorevanja nastane CO2 in H2O, pri oksidaciji primarnega alkohola, kot je etanol, nastane ocetna kislina.

Reference

1. Cedrón, Juan Carlos, Victoria Landa, Juana Robles (2011). Splošna kemija Učni material Lima: Pontificia Universidad Católica del Perú.
2. Kemija Libretexts. Termokemija Vzeto iz hem.libretexts.org.
3. Levine, I. Fizikalno kemija. vol.2.