Mis on entalpia?

The entalpia see on ruumala (süsteemis), mis on mahus, on surve all ja mida on võimalik oma keskkonnaga vahetada, mõõdetud koguse mõõt. Seda kujutab tähega H. Füüsiline üksus on sellega seotud juulis (J = kgm2 / s2).

Matemaatiliselt võib seda väljendada järgmiselt:

H = U + PV

Kus:

H = entalpia

U = süsteemi sisemine energia

P = rõhk

V = maht

Kui nii U kui ka P ja V on olekufunktsioonid, on ka H. Seda seetõttu, et antud hetkel saab anda süsteemi uuritava muutuja lõplikud ja algsed tingimused.

Indeks

• 1 Mis on koolituse entalpia?
  • 1.1 Näide
  • 1.2 Eksotermilised ja endotermilised reaktsioonid
• 2 Harjutused entalpia arvutamiseks
  • 2.1 Harjutus 1
  • 2.2 Harjutus 2
  • 2.3 Harjutus 3
• 3 Viited

Mis on koolituse entalpia?

Süsteemi poolt absorbeeritakse või vabaneb soojus, kui selle elemendist toodetakse 1 mooli aine toodet normaalses agregeerumisolekus; tahke, vedel, gaasiline, lahustuv või stabiilsem allotroopne seisund.

Kõige stabiilsem süsiniku allotroopne olek on grafiit, lisaks normaalse rõhu tingimustes 1 atmosfäär ja 25 ° C temperatuur.

Seda tähistatakse kui ΔH ° f. Sel viisil:

ΔH ° f = lõplik H - algne H

Δ: kreeka täht, mis sümboliseerib lõpliku ja algse oleku energia muutumist või muutumist. Alamindeks f tähendab ühendi moodustumist ja ülemist või standardtingimusi.

Näide

Arvestades vedeliku moodustumise reaktsiooni

H2 (g) + 1,5 O2 (g) H20 (l) AH ° f = -285,84 kJ / mol

Reaktiivid: Vesinik ja hapnik, selle loomulik olek on gaasiline.

Toode: 1 mool vedelat vett.

Tuleb märkida, et määratlusele vastavad moodustumise entalpiad on 1 mooli toodetud ühendi jaoks, nii et reaktsiooni tuleb võimaluse korral korrigeerida osade kaupa, nagu on näha eelmises näites..

Eksotermilised ja endotermilised reaktsioonid

Keemilises protsessis võib moodustumise entalpia olla positiivne ΔHof> 0, kui reaktsioon on endotermiline, mis tähendab, et see neelab soojust söötmest või negatiivsest ΔHof-st.<0 si la reacción es exotérmica con emisión de calor desde el sistema.

Eksotermiline reaktsioon

Reaktiividel on rohkem energiat kui tooted.

ΔH ° f <0

Endotermiline reaktsioon

Reaktiividel on madalam energia kui toodetel.

ΔH ° f> 0

Keemilise võrrandi õigeks kirjutamiseks peab see olema molaarselt tasakaalustatud. "Materjali säilitamise seaduse" järgimiseks peab see sisaldama ka teavet reagentide ja toodete füüsikalise oleku kohta, mida tuntakse koondumise seisuna..

Samuti tuleb meeles pidada, et puhtatel ainetel on nullist kuni standardtingimusteni tekkinud entalpia ja kõige stabiilsem vorm.

Keemiasüsteemis, kus esineb reaktiive ja tooteid, on meil, et reaktsiooni entalpia on võrdne standardsetes tingimustes moodustumise entalpiaga..

ΔH ° rxn = ΔH ° f

Eeltoodut arvesse võttes peame:

ΔH ° rxn = oducnproductos Hivectivos Σnreactivos Hreactivos

Arvestades järgmist fiktiivset reaktsiooni

aA + bB cC

Kus a, b, c on tasakaalustatud keemilise võrrandi koefitsiendid.

Reaktsiooni entalpia väljendus on:

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

Eeldades, et: a = 2 mol, b = 1 mol ja c = 2 mol.

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

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

AH ° rxn = -560KJ.

Vastab seejärel eksotermilisele reaktsioonile.

Mõnede anorgaaniliste ja orgaaniliste keemiliste ühendite moodustumise väärtused 25 ° C ja 1 atm rõhu juures

Harjutused entalpia arvutamiseks

Harjutus 1

Leidke NO2 (g) reaktsiooni entalpia vastavalt järgmisele reaktsioonile:

2NO (g) + O2 (g) 2N02 (g)

Kasutades reaktsiooni entalpia võrrandit, on meil:

ΔH ° rxn = oducnproductos Hivectivos Σnreactivos Hreactivos

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

Eelmise lõigu tabelis on näha, et hapniku moodustumise entalpia on 0 KJ / mol, sest hapnik on puhas ühend.

AH ° rxn = 2 mol (33,18 KJ / mol) - (2 mol 90,25 KJ / mol + 1 mol 0)

AH ° rxn = -114,14 KJ

Teine võimalus keemilise süsteemi reaktsiooni entalpia arvutamiseks on Šveitsi keemiku Germain Henri Hessi poolt välja pakutud HESS LAW-i kaudu 1840. aastal.

Seadus ütleb: "Kemikaaliprotsessis neeldunud või eraldunud energia, milles reagendid muutuvad toodeteks, on sama, kui see viiakse läbi ühes või mitmes etapis".

Harjutus 2

Vesiniku lisamine atsetüleenile etaani moodustamiseks võib toimuda ühes etapis:

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

Või võib see toimuda ka kahes etapis:

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

H2C = CH2 (g) + H2 (g) H3CCH3 (g) AH ° f = - 136,95 KJ / mol

Lisades algebraalselt mõlemad võrrandid, on meil:

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

H2C = CH2 (g) + H2 (g) H3CCH3 (g) AH ° f = - 136,95 KJ / mol

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

Harjutus 3

(Võetud quimitube.com-st. Harjutus 26. Termodünaamika Hess'i seadus)

Arvutage etanooli oksüdeerumis entalpia, et saada äädikhappena ja veetoodetena, teades, et 10 grammi etanooli põlemisel vabaneb 300 KJ energiat ja 10 grammi äädikhapet põletades vabastatakse 140 KJ energiat..

Nagu probleemi avalduses näete, ilmuvad ainult numbrilised andmed, kuid keemilisi reaktsioone ei kuvata, mistõttu on vaja neid kirjutada.

CH3CH2OH (1) + 3O2 (g) 2CO2 (g) +3 H20 (l) AH1 = -1380 KJ / mol.

Negatiivse entalpia väärtus on kirjutatud, sest probleem ütleb, et energia vabaneb. Samuti peate arvestama, et need on 10 grammi etanooli, seega peate arvutama energia iga mooli etanooli kohta. Selleks tehakse järgmist:

Otsitakse etanooli molaarmass (aatommasside summa), mis on võrdne 46 g / mol.

AH1 = -300 KJ (46 g) etanool = - 1380 KJ / mol

10 g etanooli etanooli

Sama tehakse äädikhappe puhul:

CH3COOH (l) + 2O2 (g) 2CO2 (g) + 2 H20 (l) AH2 = -840 KJ / mol

AH2 = -140 KJ (60 g äädikhapet) = - 840 KJ / mol

10 g äädikhappe 1 mol äädikhapet.

Ülaltoodud reaktsioonides kirjeldatakse etanooli ja äädikhappe põlemist, mistõttu on vaja kirjutada probleemvalem, mis on etanooli oksüdeerimine äädikhappeks veega..

See on reaktsioon, mida probleem nõuab. See on juba tasakaalus.

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

Hessi seaduse kohaldamine

Selleks korrutame termodünaamilised võrrandid numbrilise koefitsiendiga, et muuta need algebraliseks ja korrigeerida iga võrrandit. Seda tehakse siis, kui üks või mitu reagenti ei ole võrrandi vastaval küljel.

Esimene võrrand jääb samaks, sest etanool on reagentide küljel, nagu on näidatud probleemi võrrandis.

Teine võrrand on vajalik selle korrutamiseks koefitsiendiga -1 nii, et reaktiivne äädikhape võib saada tooteks

CH3CH2OH (1) + 3O2 (g) 2CO2 (g) + 3H20 (l) AH1 = -1380 KJ / mol.

- CH3COOH (l) - 2O2 (g) - 2CO2 (g) - 2H2O (l) AH2 = - (-840 KJ / mol)

CH3CH3OH + 3O2-2O2-CH3COOH2CO2 + 3H2O -2CO2

-2H2O

Need lisatakse algebraalselt ja see on tulemus: probleemi jaoks nõutud võrrand.

CH3CH3OH (l) + O2 (g) CH3COOH (l) + H2O (l)

Määrake reaktsiooni entalpia.

Samamoodi, et iga reaktsioon korrutatakse numbrilise koefitsiendiga, tuleb entalpia väärtust korrutada

AH3 = 1xH1-1xH2 = 1x (-1380) -1x (-840)

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

AH3 = - 540 KJ / mol.

Eelmises teostuses esitab etanool kaks reaktsiooni, põlemist ja oksüdatsiooni.

Igas põlemisreaktsioonis tekib CO2 ja H2O, samas kui primaarse alkoholi nagu etanooli oksüdeerimisel tekib äädikhape

Viited

1. Cedrón, Juan Carlos, Victoria Landa, Juana Robles (2011). Üldkeemia Õppematerjal Lima: Pontificia Universidad Católica del Perú.
2. Keemia Libretexts. Termokeemia Võetud hem.libretexts.org.
3. Levine, I. Füüsikokeemia. vol.2.