REAKCIJSKA ENTALPIJA: DEFINICIJA, TERMOKEMIJA, VAJE - FIZIČNO - 2025

Entalpija reakcije je termodinamični funkcija, ki omogoča izračun toploto, pridobljenih ali dostavljene v kemični reakciji, pod pogojem, da se je zgodila ta reakcija pri stalnem tlaku. Opredeljena je kot notranja energija U plus produkt tlaka P s prostornino V snovi, ki sodelujejo v kemijski reakciji, kot sledi: H = U + P ∙ V

Zato ima entalpija dimenzije energije, v mednarodnem merilnem sistemu pa se meri v Joulesu. Za razumevanje razmerja entalpije s toploto, izmenjano v kemijski reakciji, se je treba spomniti prvega zakona termodinamike, ki določa naslednje: Q = ΔU + W

Slika 1. Pri izgorevanju plina se entalpija zmanjša. Vir: pixabay

Prvi zakon določa, da je toplota, ki se izmenjuje v termodinamičnem postopku, enaka variaciji notranje energije snovi, vključenih v postopek, in dela, ki ga te snovi opravljajo v procesu.

V vsakem postopku se delo W izračuna po naslednjem razmerju:

V zgornjem izrazu Vi je začetna prostornina, Vf končna prostornina in P tlak. Če se postopek izvaja s konstantnim tlakom P, bo nastalo delo:

Kjer je ΔV sprememba prostornine.

Opredelitev

Kemijske reakcije so termodinamični procesi, ki se običajno odvijajo pri konstantnem tlaku in zelo pogosto pri atmosferskem tlaku. Ta vrsta termodinamičnega procesa se imenuje "izobarska", saj se pojavlja pri konstantnem tlaku.

V tem primeru lahko prvi zakon termodinamike zapišemo takole:

Qp = ΔU + P ∙ ΔV

Kjer Qp pomeni, da se je toplota izmenjevala pri konstantnem tlaku. Če je v prejšnjem izrazu uvedena definicija entalpije H = U + P ∙ V, dobimo:

Qp = ΔH

Zato pozitivna sprememba entalpije kaže na reakcijo, ki je vzela toploto iz okolja. To je endotermična reakcija.

Če je entalpija sprememba nasprotno, je to eksotermična reakcija.

Pravzaprav beseda entalpija prihaja iz grške besede enthalpien, kar pomeni "ogrevati."

Entalpijo pogosto imenujemo tudi toplota. Vendar mora biti jasno, da to ni isto kot toplota, ampak izmenjava toplote med termodinamičnim postopkom spreminja entalpijo.

Odnos s toploto

Za razliko od vročine je entalpija funkcija stanja. Ko izračunate spremembo entalpije, izračunate razliko dveh funkcij, ki sta odvisni izključno od stanja sistema, kot sta notranja energija in glasnost.

ΔH = ΔU + P ∙ ΔV

Ker v reakciji tlak ostane stalen, je entalpija reakcije funkcija stanja, ki je odvisno samo od notranje energije in volumna.

V kemični reakciji lahko entalpijo reaktantov določimo kot vsoto vseh teh reaktorjev; in količina izdelkov kot vsota entalpije vseh izdelkov.

Sprememba entalpije v reakciji je razlika produktov, zmanjšana za reaktante:

Slika 2. Diagram entalpije. Vir: self made.

Pri endotermični reakciji je entalpija produktov večja kot pri reaktantih; torej reakcija odvaja toploto iz okolja. Nasprotno, v eksotermični reakciji je entalpija reaktantov večja kot pri produktih, saj reakcija oddaja toploto okolju.

Standardna entalpija

Ker je sprememba entalpije v kemijski reakciji lahko odvisna od tlaka in temperature, je običajno določiti standardne reakcijske pogoje:

Standardna reakcijska temperatura: 25 ° C.

Standardni reakcijski tlak: 1 atm = 1 bar.

Standardna entalpija je označena tako: H °

Termokemija

V termokemični enačbi niso pomembni samo reaktanti in produkti, ampak tudi sprememba entalpije. Enttalpijo razumemo kot reakcijo na spremembo, ki se je zgodila med njo.

Kot primer si oglejmo naslednje reakcije:

2 H2 (plin) + O2 (plin) → 2 H2O (tekočina); ΔH ° = -571,6 kJ (eksotermično).

H2 (plin) + (½) O2 (plin) → H2O (tekočina); ΔH ° = -285,8 kJ (eksotermično).

2 H2O (tekočina) → 2 H2 (plin) + O2 (plin); ΔH ° = +571,6 kJ (endotermično).

Entalpija je obsežna termodinamična količina

Če izraze kemijske enačbe pomnožimo ali delimo z določenim faktorjem, se entalpija pomnoži ali deli z istim.

Če je reakcija obrnjena, je tudi znak reakcijske entalpije obrnjen.

Rešene vaje

-Vežba 1

Acetilen plin C2H2 je pridobljen iz reakcije kalcijevega karbida CaC2, ki je v granulirani obliki z vodo pri sobni temperaturi in tlaku.

Kot podatke imamo entalpije tvorbe reaktantov:

ΔH ° (CaC2) = -59,0 kJ / mol

ΔH ° (H20) = -285,8 kJ / mol

In entalpija tvorbe izdelkov:

ΔH ° (C2H2) = +227,0 kJ / mol

ΔH ° (Ca (OH) 2) = -986,0 kJ / mol

Poiščite standardno entropijo reakcije.

Rešitev

Prva stvar je vzpostaviti uravnoteženo kemijsko enačbo:

CaC2 (s) + 2H20 (l) → Ca (OH) 2 (s) + C2H2 (g)

In zdaj entalpije reaktantov, izdelkov in reakcije:

- reagenti: -59,0 kJ / mol -2 ∙ 285,8 kJ / mol = -630,6 kJ / mol

- Izdelki: -986,0 kJ / mol + 227,0 kJ / mol = -759 kJ / mol

- reakcija: ΔH ° = -759 kJ / mol - (-630 kJ / mol) = -129 kJ / mol

Gre za eksotermično reakcijo.

-Vežba 2

Ko se v standardnih pogojih zgore 1 liter acetilena, koliko toplote se sprosti?

Rešitev

Ko je reakcija zgorevanja acetilena enakomerna, je videti takole:

C2H2 (g) + (5/2) O2 (g) → 2 CO2 (g) + H20 (l)

Potrebujemo entalpije oblikovanja izdelkov:

ΔH ° (CO2) = -393,5 kJ / mol

ΔH ° (H20 (l)) = -285,8 kJ / mol

Izračun entalpije

S temi podatki lahko izračunamo entalpijo izdelkov:

ΔH ° (izdelki) = 2 * (- 393,5 kJ / mol) + (-285,8 kJ / mol) = -1072,8 kJ / mol

In entalpija tvorbe reaktantov:

ΔH ° (C2H2) = 227,0 kJ / mol

ΔH ° (O2) = 0,0 kJ / mol

Entalpija reaktantov bo:

227,0 kJ / mol + (5/2) * 0,0 = 227,0 kJ / mol

Motalna reakcijska entalpija bo potem: ΔH ° (proizvodi) - ΔH ° (reaktanti) = -1072,8kJ / mol - 227,0 kJ / mol = -1299,8 kJ / mol

Entalpija izgorevanja

Zdaj moramo vedeti, koliko molov acetilena je liter acetilena v standardnih pogojih. Za to bomo uporabili enačbo stanja idealnega plina, iz katere bomo rešili za število molov.

Število molov n = P * V / (R * T)

P = 1 atm = 1,013 x 10⁵ Pa

V = 1 l = 1,0 x 10 ^ -3 m³

R = 8,31 J / (mol * K)

T = 25 ° C = 298,15 K

n = 0,041 mol

Entalpija zgorevanja 1 litra acetilena je 0,041 mol * (-1299,8 kJ / mol) = -53,13 kJ

Negativni znak pomeni, da gre za eksotermično reakcijo, ki sprosti 53,13 kJ = 12,69 kcal.

Reference

1. Kostanj E. Entalpija v kemijskih reakcijah. Pridobljeno: lidiaconlaquimica.wordpress.com
2. Termokemija. Entalpija reakcije. Pridobljeno: recursostic.educacion.es
3. Termokemija. Opredelitev standardne reakcijske entalpije. Pridobljeno: quimitube.com
4. Wikipedija. Standardna entalpija reakcije. Pridobljeno: wikipedia.com
5. Wikipedija. Formacijska entalpija. Pridobljeno: wikipedia.com