ТЕПЛО РІШЕННЯ: ЯК ЙОГО РОЗРАХОВУЮТЬ, ДОДАТКИ ТА ВПРАВИ - ФІЗИЧНІ

Теплота розчинення або ентальпії розчину тепло , яке поглинається або виділяється в процесі розчинення певної кількості розчиненої речовини в розчиннику, за умови постійного тиску.

Коли відбувається хімічна реакція, потрібна енергія як для утворення, так і для розриву зв’язків, що дозволяють утворити нові речовини. Енергія, яка протікає для цих процесів, - це тепло, а термохімія - галузь науки, яка відповідає за їх вивчення.

Джерело: Pixnio.

Що стосується терміна ентальпія, він використовується для позначення теплового потоку, коли хімічні процеси відбуваються в умовах постійного тиску. Створення цього терміна приписується голландському фізику Хайке Камерлінгху Оннесу (1853 - 1926), тому ж, хто виявив надпровідність.

Як він обчислюється?

Щоб знайти ентальпію, ми повинні почати з першого закону термодинаміки, який вважає, що зміна внутрішньої енергії ΔU системи обумовлена поглиненим теплом Q та роботою W, виконаною на ній деяким зовнішнім агентом:

Де робота є негативним інтегралом по всьому об'єму виробу тиску та різниці змін об’єму. Це визначення еквівалентне від'ємному інтегралу скалярного добутку сили та вектору переміщення при механічній роботі:

Коли застосовується згаданий вище стан постійного тиску, P може вийти з інтеграла; тому робота така:

-Експресія для ентальпії

Якщо цей результат заміщений на Δ U, отримаємо:

Величину U + PV називають ентальпією H, так що:

Ентальпія вимірюється в джоулях, оскільки це енергія.

Ентальпія розчину

Вихідними компонентами розчину є розчинний розчинник і вони мають оригінальну ентальпію. Коли це розчинення відбудеться, у нього буде своя ентальпія.

У цьому випадку зміна ентальпії в джоулях може бути виражене як:

Або в стандартній формі ентальпії ΔH ^o , де результат знаходиться в джоулі / моль

Якщо реакція виділяє тепло, знак ΔH негативний (екзотермічний процес), якщо він поглинає тепло (ендотермічний процес), знак буде позитивним. І природно, що значення ентальпії розчину буде залежати від концентрації кінцевого розчину.

Програми

Багато іонних сполук розчиняються в полярних розчинниках, таких як вода. Розчини солі (хлорид натрію) у воді або розсолі є загальним застосуванням. Тепер ентальпію розчину можна розглядати як внесок двох енергій:

- Розрив золоторозчинних та розчинників-розчинників

- Інше - це те, що потрібно для утворення нових розчинників-розчинників.

У разі розчинення іонної солі у воді потрібно знати так звану ґратову ентальпію твердого тіла та ентальпію гідратації для утворення розчину, у випадку води. Якщо це не вода, то це називається ентальпією сольватації.

Ентальпія решітки - це енергія, необхідна для розщеплення іонної решітки та утворення газоподібних іонів - процес, який завжди є ендотермічним, оскільки енергія повинна надходити до твердого тіла, щоб розділити його на складові іони та довести їх до газоподібного стану.

З іншого боку, процеси гідратації завжди екзотермічні, оскільки гідратовані іони більш стійкі, ніж іони в газоподібному стані.

Таким чином, створення розчину може бути екзотермічним або ендотермічним, залежно від того, чи потребує руйнування іонної решітки розчиненого речовини більше або менше енергії, ніж забезпечує гідратація.

Вимірювання калориметром

На практиці можна виміряти ΔH в калориметрі, який в основному складається з ізольованої ємності, оснащеної термометром і перемішуючим стрижнем.

Що стосується ємності, то майже завжди в неї наливається вода, яка є калориметричною рідиною par excellence, оскільки її властивості є універсальним орієнтиром для всіх рідин.

Старий калориметр, який використовував Лавуазьє. Джерело: Густавокарра.

Звичайно, матеріали калориметра, крім води, також беруть участь у теплообміні. Але теплоємність всієї збірки, яка називається постійною калориметром, можна визначити окремо від реакції, а потім врахувати, коли вона має місце.

Енергетичний баланс полягає в наступному, пам'ятаючи умову, що в системі немає витоків енергії:

- Рідка вода утворюється:

½ O ₂ + ½ H ₂ → H ₂ O _рідина ; Δ H ^o = -285,9 кДж / моль

- Тепер ви повинні сформувати рішення:

_{Твердий} K + H ₂ O → ½ H ₂ + _водний KOH ; Δ H ^o = -2011 кДж / моль

Зверніть увагу, що ознака ентальпії розпаду KOH перевернуто, що пов'язано із законом Гесса: коли реактиви перетворюються на продукти, зміна ентальпії не залежить від наступних кроків та коли рівняння потрібно перевернути , як і в цьому випадку, знак ентальпії змінюється.

Енергетичний баланс - це алгебраїчна сума ентальпій:

-Вправа 2

Ентальпію розчину для наступної реакції визначають в калориметрі постійного тиску, а константа калориметра, як відомо, становить 342,5 Дж / К. Коли 1,423 г сульфату натрію Na ₂ SO ₄ розчиняється в 100,34 г води, зміна температури становить 0,037 К. Обчисліть із цих даних стандартну ентальпію розчину для Na ₂ SO ₄ .

Рішення

Стандартна ентальпія розчину вирішується з рівняння, поданого вище:

Для сульфату натрію: M _s = 142,04 г / моль; m _s = 1,423 g

А для води: м _води = 100,34 г; M _вода = 18,02 г / моль; C _{вода; m} = 75,291 Дж / К моль

Δ T = 0,037 К

C _{калориметр} = 342,5 Дж / К

Список літератури

Cengel, Y. 2012. Термодинаміка. 7-й ред. Mc.Graw Hill. 782 - 790
Енгель, Т. 2007. Вступ до фізикохімії: термодинаміка. Пірсон освіта. 63-78.
Джанколі, Д. 2006. Фізика: принципи застосування. 6-ий .. Ед Прентіс Холл. 384-391.
Maron, S. 2002. Основи фізикохімії. Лімуса. 152-155.
Serway, R., Jewett, J. (2008). Фізика для науки та техніки. Том 1. 7-е. За ред. 553-567.

ТЕПЛО РІШЕННЯ: ЯК ЙОГО РОЗРАХОВУЮТЬ, ДОДАТКИ ТА ВПРАВИ - ФІЗИЧНІ - 2025