Ako vypočítať zmenu entalpie

Obsah

• TL; DR (príliš dlho; neprečítané)
• Definícia entalpie
• Jednoduchý výpočet zmeny entalpie
• Entalpia fázových prechodov
• Hessov zákon

Entalpická zmena reakcie je množstvo tepla absorbovaného alebo uvoľneného pri reakcii, ak sa to stane pri konštantnom tlaku. Výpočet dokončíte rôznymi spôsobmi v závislosti od konkrétnej situácie a informácií, ktoré máte k dispozícii. Pri mnohých výpočtoch je Hessov zákon kľúčovou informáciou, ktorú musíte použiť, ale ak poznáte entalpiu produktov a reaktantov, výpočet je oveľa jednoduchší.

TL; DR (príliš dlho; neprečítané)

Zmeny entalpie môžete vypočítať pomocou jednoduchého vzorca: H = H_Produkty - H_reaktanty

Definícia entalpie

Presná definícia entalpie (H) je súčet vnútornej energie (U) plus súčin tlaku (P) a objemu (V). V symboloch je to toto:

H = U + PV

Zmena entalpie (∆H) je preto:

∆H = ∆U + ∆P∆V

Ak symbol delta (∆) znamená „zmenu“. V praxi sa tlak udržuje konštantný a uvedená rovnica sa lepšie zobrazuje ako:

∆H = ∆U + P∆V

Avšak pri konštantnom tlaku je zmenou entalpie jednoducho odovzdané teplo (q):

∆H = q

Ak je (q) pozitívna, reakcia je endotermická (t.j. absorbuje teplo z jej okolia) a ak je negatívna, reakcia je exotermická (t. J. Uvoľňuje teplo do svojho okolia). Entalpia má jednotky kJ / mol alebo J / mol alebo všeobecne energiu / hmotnosť. Vyššie uvedené rovnice sa skutočne týkajú fyziky toku tepla a energie: termodynamiky.

Jednoduchý výpočet zmeny entalpie

Najzákladnejší spôsob, ako vypočítať zmenu entalpie, je entalpia produktov a reaktantov. Ak tieto množstvá poznáte, na výpočet celkovej zmeny použite nasledujúci vzorec:

H = H_Produkty - H_reaktanty

Príkladom reakcie, ktorú môžete vypočítať, je pridanie sodíkového iónu k chloridovému iónu za vzniku chloridu sodného. Iónový sodík má entalpiu -239,7 kJ / mol a chloridový ión má entalpiu -167,4 kJ / mol. Chlorid sodný (stolová soľ) má entalpiu -411 kJ / mol. Vložením týchto hodnôt získate:

∆H = −411 kJ / mol - (−239,7 kJ / mol −167,4 kJ / mol)

= −411 kJ / mol - (−407,1 kJ / mol)

= -411 kJ / mol + 407,1 kJ / mol = -3,9 kJ / mol

Tvorba soli uvoľňuje takmer 4 kJ energie na mól.

Entalpia fázových prechodov

Keď sa látka zmení z tuhej na kvapalnú, kvapalnú na plyn alebo tuhú na plyn, do týchto zmien sú zahrnuté špecifické entalpie. Entalpia (alebo latentné teplo) topenia popisuje prechod z tuhej látky na kvapalinu (reverz je mínus táto hodnota a nazýva sa entalpia fúzie), entalpia vyparovania popisuje prechod z kvapaliny na plyn (a opak je kondenzácia) a entalpia sublimácie opisuje prechod z tuhej látky na plyn (reverz sa opäť nazýva entalpia kondenzácie).

Pri vode je entalpiou topenia ∆H_topenia = 6,007 kJ / mol. Predstavte si, že vyhrievate ľad z 250 kelvinov, kým sa neroztopí, a potom ohrejte vodu na 300 K. Zmena entalpie pre vykurovacie časti je iba požadované teplo, takže ju nájdete pomocou:

∆H = nC∆T

Ak (n) je počet mólov, (∆T) je zmena teploty a (C) je špecifické teplo. Merné teplo ľadu je 38,1 J / K mol a špecifické teplo vody je 75,4 J / K mol. Výpočet sa teda uskutoční v niekoľkých častiach. Najprv sa musí ľad zahriať z 250 K na 273 K (t.j. -23 ° C až 0 ° C). Pre 5 mól ľadu je to:

∆H = nC∆T

= 5 mol x 38,1 J / K mol x 23 K

= 4,382 kJ

Teraz vynásobte entalpiu topenia počtom mólov:

∆H = n ∆H_topenia

= 5 mol x 6,007 kJ / mol

= 30,035 kJ

Výpočty pre odparovanie sú rovnaké, s výnimkou entalpie vyparovania namiesto tavenia. Nakoniec vypočítajte konečnú fázu zahrievania (od 273 do 300 K) rovnakým spôsobom ako v prvej:

∆H = nC∆T

= 5 mol x 75,4 J / K mol x 27 K

= 10,179 kJ

Sčítaním týchto častí nájdite celkovú zmenu entalpie pre reakciu:

AH_totálnej = 10,179 kJ + 30,035 kJ + 4,382 kJ

= 44,596 kJ

Hessov zákon

Hessov zákon je užitočný vtedy, keď má reakcia, ktorú zvažujete, dve alebo viac častí a chcete nájsť celkovú zmenu entalpie. Uvádza sa v ňom, že zmena entalpie pre reakciu alebo proces je nezávislá od cesty, ktorou prechádza. To znamená, že ak sa premena na látku zmení na inú, nezáleží na tom, či k reakcii dôjde v jednom kroku (reaktanty sa okamžite stanú produktmi) alebo či prechádza mnohými krokmi (reaktanty sa stanú sprostredkovateľmi a potom sa stanú produktmi), výsledná entalpická zmena v oboch prípadoch je to isté.

Zvyčajne vám pomáha nakresliť diagram (pozri zdroje), ktorý vám pomôže pri používaní tohto zákona. Jedným príkladom je, že ak začnete so šiestimi mólmi uhlíka v kombinácii s tromi vodíkovými atómami, spália sa, aby sa spojili s kyslíkom ako medziproduktový krok a potom vytvorili benzén ako konečný produkt.

Hessov zákon hovorí, že zmena entalpie reakcie je súčtom zmien entalpie oboch častí. V tomto prípade má spaľovanie jedného mólu uhlíka ∆H = −394 kJ / mol (k tomu dochádza pri reakcii šesťkrát), zmena entalpie pre spaľovanie jedného mólu plynného vodíka je ∆H = −286 kJ / mol (to sa stáva trikrát) a medziprodukty oxidu uhličitého a vody sa stanú benzénom so zmenou entalpie ∆H = +3 267 kJ / mol.

Ak chcete zistiť celkovú zmenu entalpie, sčítaním týchto zmien nezabudnite vynásobiť každú počtom mólov potrebných v prvej fáze reakcie:

AH_totálnej = 6×(−394) + 3×(−286) +3,267

= 3,267 − 2,364 - 858

= 45 kJ / mol