TOPLOTA RAZTOPINE: KAKO SE IZRAČUNA, APLIKACIJE IN VAJE - FIZIČNO - 2026

Toploto raztopine ali entalpije raztopine je toplota, ki se absorbira ali sprosti med postopkom raztapljanja določeno količino topljenca v topilu, pod pogojem stalnim pritiskom.

Ko pride do kemične reakcije, je potrebna energija tako za tvorjenje kot za pretrganje vezi, ki omogočajo tvorbo novih snovi. Energija, ki teče, da se ti procesi odvijajo, je toplota, termokemija pa je veja znanosti, ki je odgovorna za njihovo preučevanje.

Vir: Pixnio.

Kar zadeva izraz entalpija, se uporablja za označevanje toplotnega toka, kadar se kemični procesi odvijajo pod pogoji stalnega tlaka. Nastanek tega izraza je pripisan nizozemskemu fiziku Heike Kamerlingh Onnes (1853 - 1926), istemu, ki je odkril superprevodnost.

Kako se izračuna?

Da bi našli entalpijo, moramo izhajati iz prvega zakona termodinamike, ki meni, da je sprememba notranje energije ΔU sistema posledica absorbirane toplote Q in dela W, ki ga na njem opravi neki zunanji agent:

Kadar je delo negativni integral po celotni prostornini produkta tlaka in diferencialne spremembe v prostornini. Ta opredelitev je enakovredna negativnemu integralu skalarnega produkta sile in premera vektorja pri mehanskem delu:

Ko uporabimo zgoraj omenjeni pogoj konstantnega tlaka, lahko P izide iz integralja; zato je delo naslednje:

-Ekspresija za entalpijo

Če ta rezultat nadomestimo z Δ U, dobimo:

Količino U + PV imenujemo entalpija H, tako da:

Entalpija se meri v džulih, saj gre za energijo.

Entalpija raztopine

Začetne sestavine raztopine so topilo in topilo ter imajo originalno entalpijo. Ko bo prišlo do tega raztapljanja, bo imel svojo entalpijo.

V tem primeru se lahko entalpijska sprememba joulov izrazi kot:

Bodisi v standardni obliki entalpije ΔH ^o , kjer je rezultat v joule / mol

Če reakcija odda toploto, je znak ΔH negativen (eksotermični proces), če absorbira toploto (endotermični proces), bo znak pozitiven. Seveda bo vrednost entalpije raztopine odvisna od koncentracije končne raztopine.

Prijave

Mnoge ionske spojine so topne v polarnih topilih, kot je voda. Raztopine soli (natrijev klorid) v vodi ali slanici so pogosta uporaba. Zdaj lahko entalpijo rešitve štejemo kot prispevek dveh energij:

- Eno, ki pretrga vezi med topom in topilom

- Drugo je tisto, kar je potrebno pri tvorbi novih vezi top-topnik.

V primeru raztapljanja ionske soli v vodi je treba poznati tako imenovano mrežno entalpijo trdne snovi in ​​entalpijo hidratacije, da nastane raztopina, v primeru vode. Če ni voda, potem se imenuje entalpija solvacije.

Entalpija rešetke je energija, ki je potrebna za razpad ionske rešetke in tvorbo plinastih ionov, postopek, ki je vedno endotermičen, saj mora biti trdna energija dobavljena trdni snovi, da jo loči v svoje sestavne ione in jih pripelje v plinasto stanje.

Po drugi strani so procesi hidracije vedno eksotermični, saj so hidratirani ioni stabilnejši od ionov v plinovitem stanju.

Na ta način je lahko ustvarjanje raztopine eksotermično ali endotermično, odvisno od tega, ali razpad ionske rešetke topljenca zahteva več ali manj energije, kot jo zagotavlja hidracija.

Meritve s kalorimetrom

V praksi je mogoče meriti ΔH v kalorimetru, ki je v bistvu sestavljen iz izolirane posode, opremljene s termometrom in mešalno palico.

Kar zadeva posodo, se vanjo skoraj vedno vlije voda, kar je kalorimetrična tekočina par excellence, saj so njene lastnosti univerzalna referenca za vse tekočine.

Stari kalorimeter, ki ga uporablja Lavoisier. Vir: Gustavocarra.

Seveda so materiali kalorimetra poleg vode vključeni tudi v izmenjavo toplote. Toda toplotno zmogljivost celotnega sklopa, ki se imenuje kalorimetrska konstanta, je mogoče določiti ločeno od reakcije in nato upoštevati, ko poteka.

Energetska bilanca je naslednja, pri čemer upoštevamo, da v sistemu ni uhajanja energije:

- Tekoča voda se tvori:

½ O ₂ + ½ H ₂ → H ₂ O _tekočina ; Δ H ^o = -285,9 kJ / mol

- Zdaj morate oblikovati rešitev:

_Trdni K + H ₂ O → pol H ₂ + _vodnim KOH ; Δ H ^o = -2011 kJ / mol

Upoštevajte, da je bil znak razpadne entalpije KOH obrnjen, kar je posledica Hesssovega zakona: ko se reaktanti pretvorijo v izdelke, sprememba entalpije ni odvisna od naslednjih korakov in kdaj je treba enačbo obrniti , kot v tem primeru se znak entalpije spremeni.

Energetska bilanca je algebrska vsota entalpije:

-Vežba 2

Entalpija raztopine za naslednjo reakcijo je določena v kalorimetru s konstantnim tlakom, kalorimetrska konstanta pa znano 342,5 J / K. Ko 1,423 g natrijevega sulfata Na ₂ SO ₄ raztopimo v 100.34 g vode, sprememba temperatura 0,037 K. izračun standardne entalpija raztopine za Na ₂ SO ₄ iz teh podatkov.

Rešitev

Standardno entalpijo raztopine rešimo iz enačbe, ki je navedena zgoraj:

Za natrijev sulfat: M _s = 142,04 g / mol; m _s = 1.423 g

In za vodo: m _voda = 100,34 g; M _voda = 18,02 g / mol; C _{voda; m} = 75.291 J / K mol

Δ T = 0,037 K

C _kalorimeter = 342,5 J / K

Reference

1. Cengel, Y. 2012. Termodinamika. 7. ed. Mc.Graw Hill. 782 - 790
2. Engel, T. 2007. Uvod v fizikalno kemijo: termodinamika. Pearsonova vzgoja. 63–78.
3. Giancoli, D. 2006. Fizika: Načela uporabe. 6. dvorana Ed Prentice. 384-391.
4. Maron, S. 2002. Osnove fizikalne kemije. Limusa. 152–155.
5. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fizika za znanost in tehniko. Zvezek 1. 7. Ed Cengage Learning. 553-567.