ЩО ТАКЕ ЕНТАЛЬПІЯ? - ХІМІЯ

Ентальпія є мірою кількості енергії , що міститься в тілі (системі) , який має обсяг, піддається тиску і є взаємозамінним з навколишнім середовищем. Вона представлена буквою H. Фізична одиниця, пов'язана з нею, - джоуль (J = кгм2 / с2).

Математично це можна виразити так:

H = U + PV

Де:

Н = Ентальпія

U = Внутрішня енергія системи

P = тиск

V = гучність

Якщо і U, і P, і V є функціями стану, H також буде. Це тому, що в даний момент можуть бути задані деякі початкові та кінцеві умови для змінної, яка буде вивчатися в системі.

Що таке ентальпія формації?

Це тепло, яке поглинається або виділяється системою, коли 1 моль речовини речовини виробляється з його елементів у нормальному агрегатному стані; твердий, рідкий, газоподібний розчин або в його найбільш стійкому алотропному стані.

Найбільш стабільним алотропним станом вуглецю є графіт, крім того, що він знаходиться в нормальних умовах атмосфери тиску 1 і температури 25 ° С.

Позначається як ΔH ° f. Таким чином:

ΔH ° f = H кінцевий - H початковий

Δ: грецька літера, яка символізує зміну або варіацію енергії кінцевого стану та початкового. Підрядник f означає формування сполуки і суперскрипт або стандартні умови.

Приклад

Розглядаючи реакцію утворення рідкої води

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

Реагенти : Водень і Кисень природний стан його газоподібний.

Продукт : 1 моль рідкої води.

Слід зазначити, що ентальпії пласта згідно з визначенням призначені для 1 моль отриманої сполуки, тому реакцію необхідно, якщо можливо, коригувати коефіцієнтами дробу, як це видно в попередньому прикладі.

Екзотермічні та ендотермічні реакції

У хімічному процесі ентальпія пласта може бути позитивною ΔHof> 0, якщо реакція ендотермічна, тобто вона поглинає тепло з середовища або негативна ΔHof <0, якщо реакція екзотермічна з виділенням теплоти з системи.

Екзотермічна реакція

Реактанти мають більшу енергію, ніж продукти.

ΔH ° f <0

Ендотермічна реакція

Реагенти мають меншу енергію, ніж продукти.

ΔH ° f> 0

Щоб правильно написати хімічне рівняння, воно повинно бути молярно врівноваженим. Для того, щоб відповідати «Закону збереження матерії», він також повинен містити інформацію про фізичний стан реагентів та продуктів, який відомий як стан агрегації.

Слід також враховувати, що чисті речовини мають утворення ентальпії нуля при стандартних умовах і в їх найбільш стійкій формі.

У хімічній системі, де є реагенти та продукти, ентальпія реакції дорівнює ентальпії пласта в стандартних умовах.

ΔH ° rxn = ΔH ° f

Враховуючи вищевикладене, ми повинні:

ΔH ° rxn = ∑продуктує H ∑реактивні продукти Hreactive

З огляду на наступну вигадану реакцію

aA + bB cC

Де a, b, c - коефіцієнти збалансованого хімічного рівняння.

Вираз для ентальпії реакції:

ΔH ° rxn = c ΔH ° f C (a ΔH ° f A + b ΔH ° f B)

Припустимо, що: a = 2 моль, b = 1 моль, і c = 2 моль.

ΔH ° f (A) = 300 КДж / моль, ΔH ° f (B) = -100 КДж / моль, ΔH ° f (C) = -30 КДж. Обчисліть ΔH ° rxn

ΔH ° rxn = 2mol (-30KJ / mol) - (2mol (300KJ / mol + 1mol (-100KJ / mol) = -60KJ - (600KJ - 100KJ) = -560KJ

ΔH ° rxn = -560KJ.

Потім це відповідає екзотермічній реакції.

Ентальпія пластових значень деяких неорганічних та органічних хімічних сполук при 25 ° С та 1 атм тиску

Вправи для обчислення ентальпії

Вправа 1

Знайдіть ентальпію реакції NO2 (г) відповідно до наступної реакції:

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

Використовуючи рівняння для ентальпії реакції, маємо:

ΔH ° rxn = ∑продуктує H ∑реактивні продукти Hreactive

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

У таблиці попереднього розділу ми бачимо, що ентальпія утворення для кисню дорівнює 0 КДж / моль, оскільки кисень є чистою сполукою.

ΔH ° rxn = 2mol (33,18KJ / mol) - (2mol 90,25 KJ / mol + 1mol 0)

ΔH ° rxn = -114,14 КДж

Ще один спосіб розрахунку ентальпії реакції в хімічній системі - це Закон HESS, запропонований швейцарським хіміком Жерменом Анрі Гессом у 1840 році.

Закон говорить: "Енергія, що поглинається або випромінюється в хімічному процесі, в якому реагенти перетворюються на продукти, є однаковою, незалежно від того, проводиться вона в одну стадію або кілька".

Вправа 2

Додавання водню до ацетилену для утворення етану може здійснюватися за один етап:

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

Або це може статися в два етапи:

C2H2 (g) + H2 (g) H2C = CH2 (g) ΔH ° f = - 174,47 КДж / моль

H2C = CH2 (g) + H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° f = - 136,95 КДж / моль

Додаючи алгебраїчно обидва рівняння, ми маємо:

C2H2 (g) + H2 (g) H2C = CH2 (g) ΔH ° f = - 174,47 КДж / моль

H2C = CH2 (g) + H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° f = - 136,95 КДж / моль

C2H2 (g) + 2H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° rxn = 311,42 КДж / моль

Вправа 3

(Взято з quimitube.com. Вправа 26. Термодинаміка закону Гесса)

Як видно з постановки проблеми, з’являються лише деякі числові дані, але хімічні реакції не з’являються, тому їх потрібно записати.

CH3CH2OH (l) + 3O2 (g) 2CO2 (g) +3 H2O (l) ΔH1 = -1380 КДж / моль.

Значення негативної ентальпії записується, оскільки проблема говорить про те, що відбувається вивільнення енергії. Ми також повинні врахувати, що вони становлять 10 грам етанолу, тому ми повинні обчислити енергію для кожного моля етанолу. Для цього робиться наступне:

Шукають молярну масу етанолу (сума атомних ваг), значення, що дорівнює 46 г / моль.

ΔH1 = -300 КДж (46 г) етанолу = - 1380 КДж / моль

10 г етанолу 1моль етанолу

Те ж саме робиться і з оцтовою кислотою:

CH3COOH (l) + 2O2 (g) 2CO2 (g) + 2 H2O (l) ΔH2 = -840 КДж / моль

ΔH2 = -140 КДж (60 г оцтової кислоти) = - 840 КДж / моль

10 г оцтової кислоти 1 моль оцтової кислоти.

У попередніх реакціях описано спалювання етанолу та оцтової кислоти, тому необхідно написати проблемну формулу, яка полягає в окисленні етанолу до оцтової кислоти при виробництві води.

Це реакція, яку вимагає проблема. Це вже збалансовано.

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

Застосування закону Гесса

Для цього ми помножимо термодинамічні рівняння на числові коефіцієнти, щоб зробити їх алгебраїчними та вміти правильно організувати кожне рівняння. Це робиться, коли один або кілька реагентів не знаходяться на відповідній стороні рівняння.

Перше рівняння залишається тим самим, оскільки етанол знаходиться на стороні реагенту, як зазначено в заданому рівнянні.

Друге рівняння потрібно помножити на коефіцієнт -1 таким чином, щоб оцтова кислота, яка є реагентом, могла стати продуктом

CH3CH2OH (l) + 3O2 (g) 2CO2 (g) + 3H2O (l) ΔH1 = -1380 КДж / моль.

- CH3COOH (l) - 2O2 (g) - 2CO2 (g) - 2H2O (l) ΔH2 = - (-840 КДж / моль)

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

-2Н2О

Вони додають алгебраїчно і це результат: рівняння, яке запитується в задачі.

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

Визначте ентальпію реакції.

Так само, як кожна реакція помножена на числовий коефіцієнт, значення ентальпій також слід помножити

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

ΔH3 = -1380 + 840 = - 540 КДж / моль

ΔH3 = - 540 КДж / моль.

У попередній практиці етанол має дві реакції: горіння та окислення.

У кожній реакції горіння відбувається утворення CO2 і H2O, тоді як при окисленні первинного спирту, такого як етанол, відбувається утворення оцтової кислоти

Список літератури

Седрон, Хуан Карлос, Вікторія Ланда, Хуана Роблес (2011). Загальна хімія. Навчальний матеріал. Ліма: Папський католицький університет Перу.
Хімія. Лібретексти. Термохімія. Взято з hem.libretexts.org.
Левін, І. Фізикохімія. т.2.

ЩО ТАКЕ ЕНТАЛЬПІЯ? - ХІМІЯ - 2025