KAJ JE ENTALPIJA? - KEMIJA - 2025

Entalpija je merilo količine energije, vsebovane v (sistem) telesa, ki ima prostornino, ki je izpostavljen tlaku in je zamenljiva z okoljem. Predstavljen je s črko H. Fizična enota, povezana z njo, je Joule (J = kgm2 / s2).

Matematično se lahko izrazi na naslednji način:

H = U + PV

Kje:

H = entalpija

U = notranja energija sistema

P = tlak

V = glasnost

Če sta obe U in P in V državni funkciji, bo tudi H. To je zato, ker je v danem trenutku mogoče dati nekaj začetnih in končnih pogojev za spremenljivko, ki se preučuje v sistemu.

Kaj je entalpija tvorbe?

Sistem toploto absorbira ali sprošča, ko iz svojih elementov v normalnem agregacijskem stanju nastane 1 mol snovi snovi; trdna, tekoča, plinasta, raztopina ali v njenem najbolj stabilnem alotropnem stanju.

Najbolj stabilno alotropno stanje ogljika je grafit, poleg tega, da je v normalnih pogojih atmosfere tlaka 1 in temperature 25 ° C.

Označena je z ΔH ° f. V to smer:

ΔH ° f = H končno - H začetno

Δ: grška črka, ki simbolizira spremembo ali spremembo energije končnega stanja in začetnega. Naročnik f pomeni tvorbo spojin in nadkript ali standardne pogoje.

Primer

Glede na reakcijo tvorbe tekoče vode

H2 (g) + ½ O2 (g) H2O (l) ΔH ° f = -285,84 kJ / mol

Reagenti : Vodik in kisik sta v naravnem stanju v plinastem stanju.

Izdelek : 1 mol tekoče vode.

Upoštevati je treba, da so entalpije tvorbe po definiciji za 1 mol sestavljene spojine, zato je treba reakcijo po možnosti prilagoditi s koeficienti frakcije, kot je razvidno v prejšnjem primeru.

Eksotermične in endotermične reakcije

V kemijskem procesu je entalpija tvorbe lahko pozitivna ΔHof> 0, če je reakcija endotropska, torej absorbira toploto iz medija ali negativno ΔHof <0, če je reakcija eksotermična z oddajanjem toplote iz sistema.

Eksotermična reakcija

Reaktanti imajo večjo energijo kot izdelki.

ΔH ° f <0

Endotermična reakcija

Reaktanti imajo manj energije kot produkti.

ΔH ° f> 0

Za pravilno pisanje kemijske enačbe mora biti molarno uravnoteženo. Da bi bil spoštovan "Zakon o ohranjanju materije", mora vsebovati tudi podatke o fizičnem stanju reaktantov in proizvodov, kar je znano kot stanje združevanja.

Upoštevati je treba tudi, da imajo čiste snovi pri normalnih pogojih in v svoji najbolj stabilni obliki entalpijo tvorbe nič.

V kemičnem sistemu, kjer so reaktanti in produkti, je entalpija reakcije enaka entalpiji tvorbe v standardnih pogojih.

ΔH ° rxn = ΔH ° f

Ob upoštevanju zgoraj navedenega moramo:

ΔH ° rxn = ∑proizvodi H ∑reaktivni izdelki Hreactive

Glede na naslednjo izmišljeno 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)

Če predpostavimo, da so: 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.

Nato ustreza eksotermni reakciji.

Entalpija tvorbenih vrednosti nekaterih anorganskih in organskih kemičnih spojin pri 25 ° C in 1 atm tlaka

Vaje za izračun entalpije

Vaja 1

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

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

Z enačbo za entalpijo reakcije imamo:

ΔH ° rxn = ∑proizvodi H ∑reaktivni izdelki Hreactive

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

V tabeli v prejšnjem razdelku lahko 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 + 1mol 0)

ΔH ° rxn = -114,14 KJ

Drug način za izračun entalpije reakcije v kemičnem sistemu je z zakonom HESS, ki ga je leta 1840 predlagal švicarski kemik Germain Henri Hess.

Zakon pravi: "Energija, ki se absorbira ali oddaja v kemijskem postopku, v katerem se reaktanti pretvorijo v izdelke, je enaka, ne glede na to, ali se izvaja v eni ali več stopnjah."

Vaja 2

Dodajanje vodika v acetilen za tvorbo etana se lahko izvede v enem koraku:

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

Lahko pa se zgodi 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

Če dodamo obe enačbi algebrsko, 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

(Vzeta s strani quimitube.com. Vaja 26. Hesssova zakon termodinamika)

Kot je razvidno iz izjave problema, se prikažejo le nekateri številčni podatki, vendar se kemične reakcije ne pojavijo, zato jih je potrebno zapisati.

CH3CH2OH (l) + 302 (g) 2CO2 (g) +3 H2O (l) ΔH1 = -1380 KJ / mol.

Vrednost negativne entalpije je napisana, ker težava pravi, da pride do sproščanja energije. Upoštevati moramo tudi, da gre za 10 gramov etanola, zato moramo izračunati energijo za vsak mol etanola. Za to se naredi naslednje:

Išče se molska teža etanola (vsota atomske mase), vrednost enaka 46 g / mol.

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

10 g etanola 1 mmol etanola

Enako velja za ocetno kislino:

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

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

10 g ocetne kisline 1 mol ocetne kisline.

V prejšnjih reakcijah je opisano zgorevanje etanola in ocetne kisline, zato je treba napisati problematično formulo, ki je oksidacija etanola v ocetno kislino s proizvodnjo vode.

To je reakcija, za katero se zahteva težava. Je že uravnoteženo.

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

Uporaba Hessovega zakona

Za to pomnožimo termodinamične enačbe s številčnimi koeficienti, da postanejo algebrske in da lahko pravilno enačimo vsako enačbo. To se zgodi, kadar eden ali več reaktantov ni na ustrezni strani enačbe.

Prva enačba ostaja enaka, ker je etanol na strani reaktanta, kot je navedeno v problemski enačbi.

Drugo enačbo je treba pomnožiti s koeficientom -1, tako da lahko ocetna kislina, ki je reaktant, postane produkt

CH3CH2OH (l) + 302 (g) 2CO2 (g) + 3H2O (l) ΔH1 = -1380 KJ / mol.

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

CH3CH3OH + 3O2 -2O2 - CH3COOH 2CO2 + 3H2O -2CO2

-2H2O

Dodajajo algebrsko in to je rezultat: zahtevana enačba v problemu.

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

Določite entalpijo reakcije.

Tako kot je bila vsaka reakcija pomnožena s numeričnim koeficientom, je treba pomnožiti tudi vrednost entalpije

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

ΔH3 = -1380 + 840 = - 540 KJ / mol

ΔH3 = - 540 KJ / mol.

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

V vsaki zgorevalni reakciji nastaneta CO2 in H2O, medtem ko 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: Papeška katoliška univerza v Peruju.
2. Kemija. Libretexts. Termokemija. Vzeto s spletnega mesta hem.libretexts.org.
3. Levine, I. Fizikokemija. vol.2.