KAJ JE ENTALPIJA TVORBE? (Z VAJAMI) - FIZIČNO - 2025

Entalpija tvorba entalpija sprememba upravičeno pri tvorbi enega mola spojine ali snovi pod standardnimi pogoji. Pod standardnim tlačnim pogojem se razume, kadar reakcija tvorbe poteka pri atmosferskem tlaku ene atmosfere in pri sobni temperaturi 25 stopinj Celzija ali 298,15 Kelvina.

Normalno stanje reaktivnih elementov v reakcijski tvorbi se nanaša na najpogostejše agregacijsko stanje (trdno, tekoče ali plinsko) teh snovi v standardnih tlačnih in temperaturnih pogojih.

Pri reakciji tvorbe spojine se toplota izmenjuje z okoljem. Vir: pixabay

Normalno stanje se nanaša tudi na najbolj stabilno alotropno obliko teh reaktivnih elementov v standardnih reakcijskih pogojih.

Entalpija H je termodinamična funkcija, ki je opredeljena kot notranja energija U plus produkt tlaka P in volumna V snovi, ki sodelujejo v kemični reakciji tvorbe molekule snovi:

H = U + P ∙ V

Entalpija ima dimenzije energije in v mednarodnem merilnem sistemu se meri v Joulesu.

Standardna entalpija

Simbol za entalpijo je H, vendar v specifičnem primeru entalpije tvorbe označimo z ΔH0f, kar pomeni, da se nanaša na spremembo, ki jo je ta termodinamična funkcija doživela v reakciji tvorbe mola določene spojine v standardnih pogojih.

Vrhunski zapis 0 označuje standardne pogoje, podpis f pa tvori en mol snovi, ki se začne iz reaktantov v stanju agregacije in najbolj stabilne alotropne oblike reaktantov v standardnih pogojih.

Toplota tvorbe

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

Q = ΔU + W

V tem primeru se reakcija izvaja pri konstantnem tlaku, natančneje pri tlaku ene atmosfere, tako da bo delo produkt tlaka in spremembe volumna.

Potem je toplota tvorbe določene spojine, ki jo bomo označili s Q0f, povezana s spremembo notranje energije in prostornine na naslednji način:

Q0f = ΔU + P ΔV

Toda če se spomnimo definicije standardne entalpije, imamo to:

Q0f = ΔH0f

Razlika med entalpijo in toploto tvorbe

Ta izraz ne pomeni, da sta toplota tvorbe in entalpija tvorbe enaki. Pravilna razlaga je, da je toplota, izmenjena med reakcijo tvorbe, povzročila spremembo entropije snovi, ki je nastala glede na reaktante, v standardnih pogojih.

Ker je entalpija obsežna termodinamična funkcija, se toplota tvorbe vedno nanaša na en mol nastale spojine.

Če je tvorbena reakcija eksotermična, potem je entalpija tvorbe negativna.

Nasprotno, če je tvorbena reakcija endotermična, je entalpija tvorbe pozitivna.

Termokemijske enačbe

V termokemični enačbi ne smejo biti navedeni samo reaktanti in produkti. Najprej je treba kemijsko enačbo uravnotežiti tako, da je količina tvorjene spojine vedno 1 mol.

Po drugi strani je treba v kemijski enačbi navesti stanje strjevanja reaktantov in produktov. Po potrebi je treba navesti tudi alotropno obliko istega, saj je toplota tvorbe odvisna od vseh teh dejavnikov.

V enačbi termokemijske tvorbe mora biti navedena tudi entalpija tvorbe.

Oglejmo si nekaj primerov dobro zastavljenih termokemijskih enačb:

H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O (g); ΔH0f = -241,9 kJ / mol

H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O (l); ΔH0f = -285,8 kJ / mol

H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O (s); ΔH0f = -292,6 kJ / mol

Pomembni premisleki

- Vse uravnoteženo temeljijo na tvorbi 1 mola izdelka.

- Navedeno je stanje združevanja reagentov in proizvoda.

- Navedena je entalpija tvorbe.

Upoštevajte, da je entalpija tvorbe odvisna od stanja združevanja proizvoda. Od treh reakcij je najbolj stabilna v standardnih pogojih druga.

Ker je v kemijski reakciji in zlasti v formaciji pomembna sprememba entropije in ne sama entropija, se strinja, da imajo čisti elementi v svoji molekularni obliki in stanju naravnega združevanja v standardnih pogojih entropijo tvorbe. nič.

Tu je nekaj primerov:

O2 (g); ΔH0f = 0 kJ / mol

Cl2 (g); ΔH0f = 0 kJ / mol

Na (s); ΔH0f = 0 kJ / mol

C (grafit); ΔH0f = 0 kJ / mol

Rešene vaje

-Vežba 1

Vedi, da je za nastanek etena (C2H4) potrebno prispevati 52 kJ toplote za vsak mol in da so njegovi reaktanti vodik in grafit, napišite termokemično enačbo za tvorbo etena.

Rešitev

Najprej dvignemo kemijsko enačbo in jo uravnotežimo na podlagi enega mola etena.

Nato upoštevamo, da je potrebno zagotoviti toploto za nastanek reakcije, kar kaže na to, da gre za endotermično reakcijo in je zato entropija tvorbe pozitivna.

2 C (trden grafit) + 2 H2 (plin) → C2H4 (plin); ΔH0f = +52 kJ / mol

-Vežba 2

V standardnih pogojih se v 5-litrski posodi mešata vodik in kisik. Kisik in vodik reagirata popolnoma brez reaktantov in tvorita vodikov peroksid. V reakcijo se je v okolje sprostilo 38,35 kJ toplote.

Navedite kemijsko in termokemijsko enačbo. Izračunajte entropijo tvorbe vodikovega peroksida.

Rešitev

Reakcija tvorbe vodikovega peroksida je:

H2 (plin) + O2 (plin) → H2O2 (tekoč)

Upoštevajte, da je enačba že uravnotežena na osnovi enega mola izdelka. To pomeni, da je potreben en mol vodika in en mol kisika, da nastane en mol vodikovega peroksida.

Toda težava nam pove, da se v 5-litrski posodi v standardnih pogojih mešata vodik in kisik, zato vemo, da vsak izmed plinov zavzema 5 litrov.

Uporaba standardnih pogojev za pridobitev termokemijske enačbe

Po drugi strani je v standardnih pogojih tlak 1 atm = 1,013 x 10⁵ Pa in temperatura 25 ° C = 298,15 K.

V standardnih pogojih bo 1 mol idealnega plina zasedel 24,47 L, kar je mogoče preveriti iz naslednjega izračuna:

V = (1 mol * 8,3145 J / (mol * K) * 298,15 K) / 1,03 x 10⁵ Pa = 0,02447 m³ = 24,47 L.

Ker je na voljo 5 L, se število molov vsakega od plinov določi z:

5 litrov / 24,47 litra / mol = 0,204 molov vsakega od plinov.

Po uravnoteženi kemijski enačbi bo nastalo 0,204 molov vodikovega peroksida, ki v okolico sprostijo 38,35 kJ toplote. To pomeni, da je za tvorbo enega mola peroksida potrebnih 38,35 kJ / 0,204 molov = 188 kJ / mol.

Ker se med reakcijo toplota sprošča v okolje, je entalpija tvorbe negativna. Končno dobimo naslednjo termokemijsko enačbo:

H2 (plin) + O2 (plin) → H2O2 (tekočina); ΔH0f = -188 kJ / mol

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. Termokemija. Opredelitev entalpije tvorbe in primeri. Pridobljeno: quimitube.com
5. Wikipedija. Standardna entalpija reakcije. Pridobljeno: wikipedia.com
6. Wikipedija. Formacijska entalpija. Pridobljeno: wikipedia.com