Entalpia muutuse arvutamine

Sisu

• TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
• Entalpia määratlus
• Lihtne entalpiamuutuse arvutus
• Faasisiirete entalpia
• Hessi seadus

Reaktsiooni entalpiamuutus on reaktsiooni toimumisel neeldunud või vabanenud soojushulk, kui see toimub pideva rõhu korral. Teete arvutust erineval viisil, sõltuvalt konkreetsest olukorrast ja saadaolevast teabest. Paljude arvutuste jaoks on Hessi seadus põhiline teave, mida peate kasutama, kuid kui teate toodete ja reagentide entalpiat, on arvutamine palju lihtsam.

TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)

Entalpia muutused saate arvutada järgmise valemi abil: ∆H = H_tooted - H_reagendid

Entalpia määratlus

Entalpia (H) täpne määratlus on sisemise energia (U) pluss rõhu (P) ja ruumala (V) korrutis. Sümbolites on see:

H = U + PV

Entalpia (∆H) muutus on seega:

∆H = ∆U + ∆P∆V

Kui delta sümbol (∆) tähendab „muutust sisse”. Praktikas hoitakse rõhku konstantsena ja ülaltoodud võrrand on parem kui järgmine:

∆H = ∆U + P∆V

Kuid püsiva rõhu korral on entalpia muutus lihtsalt ülekantud soojus (q):

∆H = q

Kui (q) on positiivne, on reaktsioon endotermiline (st neelab ümbritsevast soojust) ja kui see on negatiivne, on reaktsioon eksotermiline (st vabastab soojust oma ümbrusesse). Enthalpial on ühikud kJ / mol või J / mol või üldiselt energia / mass. Ülaltoodud võrrandid on tõesti seotud soojusvoo ja energia füüsikaga: termodünaamika.

Lihtne entalpiamuutuse arvutus

Entalpia muutuse arvutamise kõige elementaarsem viis on toodete ja reagentide entalpia. Kui teate neid koguseid, kasutage üldise muutuse väljatöötamiseks järgmist valemit:

∆H = H_tooted - H_reagendid

Naatriumioonide lisamine kloriidioonidele naatriumkloriidi moodustamiseks on näide reaktsioonist, mida saate sel viisil arvutada. Ioonse naatriumi entalpia on −239,7 kJ / mol ja kloriidioonide entalpia −167,4 kJ / mol. Naatriumkloriidi (lauasool) entalpia on –411 kJ / mol. Nende väärtuste sisestamine annab:

∆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

Nii vabastab soola moodustumine mooli kohta peaaegu 4 kJ energiat.

Faasisiirete entalpia

Kui aine muutub tahkest vedelaks, vedelast gaasiks või tahkest gaasiks, on nende muutustega seotud spetsiifilised entalpia. Sulamise entalpia (või latentne kuumus) kirjeldab üleminekut tahkest vedelikuni (vastupidine väärtus on sellest väärtusest lahus ja seda nimetatakse sulandumise entalpiaks), aurustamise entalpia kirjeldab üleminekut vedelikust gaasiks (ja vastupidine on kondenseerumine) ja sublimatsiooni entalpia kirjeldab üleminekut tahkest gaasiks (vastupidist nimetatakse taas kondensatsiooni entalpiaks).

Vee jaoks on sulamise entalpia ∆H_sulavad = 6,007 kJ / mol. Kujutage ette, et kuumutate jääd alates 250 Kelvinist kuni selle sulamiseni ja soojendate siis vett temperatuurini 300 K. Kütteosade entalpia muutus on just vajalik kuumus, nii et leiate selle järgmiselt:

∆H = nC∆T

Kus (n) on moolide arv, (∆T) on temperatuuri muutus ja (C) erisoojus. Jää erisoojus on 38,1 J / K mol ja vee erisoojus on 75,4 J / K mol. Seega toimub arvutamine mõnes osas. Esiteks tuleb jää kuumutada temperatuuril 250 K kuni 273 K (st –23 ° C kuni 0 ° C). 5 mooli jää jaoks on see:

∆H = nC∆T

= 5 mol × 38,1 J / K mol × 23 K

= 4,382 kJ

Korrutage sulamise entalpia moolide arvuga:

∆H = n ∆H_sulavad

= 5 mol × 6,007 kJ / mol

= 30,035 kJ

Aurutamise arvutused on samad, välja arvatud aurustumise entalpia korral sulamistemperatuuri asemel. Lõpuks arvutage lõplik kuumutusfaas (vahemikus 273–300 K) samamoodi nagu esimesel:

∆H = nC∆T

= 5 mol × 75,4 J / K mol × 27 K

= 10,179 kJ

Summutage need osad, et leida reaktsiooni entalpia täielik muutus:

∆H_kokku = 10,179 kJ + 30,035 kJ + 4,382 kJ

= 44,596 kJ

Hessi seadus

Hessi seadus on kasulik siis, kui teie kaalutud reaktsioon koosneb kahest või enamast osast ja soovite leida entalpia üldise muutuse. Selles öeldakse, et reaktsiooni või protsessi entalpia muutus ei sõltu selle toimumise viisist. See tähendab, et kui reaktsioon muundub ainel teiseks, siis pole vahet, kas reaktsioon toimub ühes etapis (reagendid muutuvad kohe produktideks) või toimub see paljudes etappides (reagentidest saavad vahendajad ja seejärel tooted), muutub sellest tulenev entalpia on mõlemal juhul sama.

Tavaliselt aitab see seaduse koostamisel diagrammi koostada (vt ressursse). Üks näide on see, kui alustate kuue mooli süsiniku ja kolme vesinikuga, siis põlevad nad vaheetapiks hapnikuga ja moodustavad lõppsaadusena benseeni.

Hessi seadus väidab, et reaktsiooni entalpia muutus on mõlema osa entalpia muutuste summa. Sel juhul on ühe mooli süsiniku põlemisel ∆H = −394 kJ / mol (reaktsioonis toimub see kuus korda), vesiniku ühe mooli põlemisel tekkiva entalpia muutus on ∆H = −286 kJ. / mol (seda juhtub kolm korda) ning süsinikdioksiidi ja vee vahendajad muutuvad benseeniks entalpia muutusega ∆H = +3,267 kJ / mol.

Entalpia täieliku muutuse leidmiseks võtke nende muudatuste summa, pidades meeles korrutada iga reaktsiooni esimeses etapis vajalike moolide arvuga:

∆H_kokku = 6×(−394) + 3×(−286) +3,267

= 3,267 − 2,364 - 858

= 45 kJ / mol