Čo je entalpia?

entalpie je to miera množstva energie obsiahnutej v telese (systéme), ktorá má objem, je pod tlakom a môže byť zamenená s prostredím. Je reprezentovaný písmenom H. Fyzická jednotka s ním spojená je júl (J = kgm2 / s2).

Matematicky sa dá vyjadriť takto:

H = U + PV

kde:

H = entalpia

U = Vnútorná energia systému

P = tlak

V = objem

Ak sú U aj P a V funkciami stavu, bude tiež H. Je to preto, lebo v danom momente môžu byť dané konečné a počiatočné podmienky premennej, ktorá bude študovaná v systéme.

index

• 1 Čo je entalpia tréningu?
  • 1.1 Príklad
  • 1.2 Exotermické a endotermické reakcie
• 2 Cvičenia na výpočet entalpie
  • 2.1 Cvičenie 1
  • 2.2 Cvičenie 2
  • 2.3 Cvičenie 3
• 3 Odkazy

Čo je entalpia tréningu?

Je to teplo absorbované alebo uvoľňované systémom, keď sa 1 mol produktu látky vyrába zo svojich prvkov v normálnom stave agregácie; tuhé, kvapalné, plynné, rozpúšťanie alebo v jeho stabilnejšom alotropickom stave.

Najstabilnejší alotropický stav uhlíka je grafit, okrem toho, že je v podmienkach normálneho tlaku 1 atmosféra a teplota 25 ° C.

Označuje sa ako AH ° f. Týmto spôsobom:

ΔH ° f = konečný H - počiatočný H

Δ: Grécke písmeno, ktoré symbolizuje zmenu alebo zmenu energie konečného a počiatočného stavu. Index f znamená vytvorenie zlúčeniny a horný index alebo štandardné podmienky.

príklad

Vzhľadom na reakciu tvorby kvapalnej vody

H2 (g) + ½ O2 (g) H20 (l) AH ° f = -285,84 kJ / mol

činidláVodík a kyslík, jeho prirodzený stav je plynný.

výrobok1 mol kvapalnej vody.

Treba poznamenať, že entalpie tvorby podľa definície sú pre 1 mol vyrobenej zlúčeniny, takže reakcia musí byť podľa možnosti upravená s čiastkovými koeficientmi, ako je uvedené v predchádzajúcom príklade..

Exotermické a endotermické reakcie

V chemickom procese môže byť entalpia tvorby pozitívna ΔHof> 0, ak je reakcia endotermická, čo znamená, že absorbuje teplo zo stredného alebo negatívneho AHof.<0 si la reacción es exotérmica con emisión de calor desde el sistema.

Exotermická reakcia

Reagencie majú viac energie ako produkty.

AH ° f <0

Endotermická reakcia

Reagenty majú nižšiu energiu ako produkty.

AH ° f> 0

Ak chcete správne napísať chemickú rovnicu, musí byť vyvážená. Aby sa dosiahol súlad so „zákonom o ochrane hmoty“, musí obsahovať aj informácie o fyzikálnom stave činidiel a produktov, ktoré sú známe ako stav agregácie..

Treba mať tiež na pamäti, že čisté látky majú entalpiu tvorby od nuly k štandardným podmienkam av ich najstabilnejšej forme.

V chemickom systéme, kde sú reaktanty a produkty, máme, že entalpia reakcie sa rovná entalpii tvorby za štandardných podmienok.

ΔH ° rxn = ΔH ° f

Vzhľadom na vyššie uvedené musíme:

ΔH ° rxn = produnproductos Hivectivos Σnreactivos Hreactivos

Vzhľadom na nasledujúcu fiktívnu reakciu

aA + bB cC

Kde a, b, c sú koeficienty vyváženej chemickej rovnice.

Expresia pre entalpiu reakcie je:

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

Za predpokladu, že: a = 2 mol, b = 1 mol a c = 2 mol.

AH ° f (A) = 300 KJ / mol, AH ° f (B) = -100 KJ / mol, AH ° f (C) = -30 KJ. Vypočítajte AH ° rxn

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

AH ° rxn = -560 KJ.

Zodpovedá potom exotermickej reakcii.

Hodnoty entalpie pre tvorbu niektorých anorganických a organických chemických zlúčenín pri tlaku 25 ° C a tlaku 1 atm

Cvičenie na výpočet entalpie

Cvičenie 1

Zistite entalpiu reakcie NO2 (g) podľa nasledujúcej reakcie: \ t

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

Pomocou rovnice pre entalpiu reakcie máme:

ΔH ° rxn = produnproductos Hivectivos Σnreactivos Hreactivos

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

V tabuľke v predchádzajúcej časti vidíme, že entalpia tvorby kyslíka je 0 KJ / mol, pretože kyslík je čistá zlúčenina..

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

AH ° rxn = -114,14 KJ

Ďalší spôsob výpočtu entalpie reakcie v chemickom systéme je prostredníctvom HESS LAW, ktorú navrhla švajčiarska chemička Germain Henri Hess v roku 1840.

Zákon hovorí: „Energia absorbovaná alebo emitovaná v chemickom procese, v ktorom sa reaktanty stávajú produktmi, je rovnaká, ak sa vykonáva v jednom stupni alebo v niekoľkých“..

Cvičenie 2

Prídavok vodíka k acetylénu za vzniku etánu sa môže uskutočniť v jednom kroku:

C2H2 (g) + 2H2 (g) H3CCH3 (g) AH ° f = - 311,42 KJ / mol

Alebo sa môže uskutočniť aj v dvoch fázach:

C2H2 (g) + H2 (g) H2C = CH2 (g) AH ° f = - 174,47 KJ / mol

H2C = CH2 (g) + H2 (g) H3CCH3 (g) AH ° f = - 136,95 KJ / mol

Pridaním oboch rovníc algebraicky máme:

C2H2 (g) + H2 (g) H2C = CH2 (g) AH ° f = - 174,47 KJ / mol

H2C = CH2 (g) + H2 (g) H3CCH3 (g) AH ° f = - 136,95 KJ / mol

C2H2 (g) + 2H2 (g) H3CCH3 (g) AH ° rxn = 311,42 KJ / mol

Cvičenie 3

(Prevzaté z quimitube.com Cvičenie 26. Termodynamika Hessov zákon)

Vypočítajte oxidačnú entalpiu etanolu, ako kyselinu octovú a vodné produkty, s vedomím, že pri spaľovaní 10 gramov etanolu sa uvoľňuje energia 300 KJ a pri spaľovaní 10 gramov kyseliny octovej sa uvoľňuje 140 KJ energie..

Ako môžete vidieť vo vyhlásení problému, objavia sa iba číselné údaje, ale chemické reakcie sa neobjavia, takže je potrebné ich napísať.

CH3CH20H (1) + 3O2 (g) 2CO2 (g) +3 H20 (1) AH1 = -1380 KJ / mol.

Hodnota negatívnej entalpie je zapísaná, pretože problém hovorí, že dochádza k uvoľneniu energie. Musíte tiež zvážiť, že sú to 10 gramov etanolu, takže musíte vypočítať energiu pre každý mól etanolu. Za týmto účelom sa vykoná nasledovné:

Požaduje sa molárna hmotnosť etanolu (súčet atómových hmotností), hodnota rovná 46 g / mol.

AH1 = -300 KJ (46 g) etanol = - 1380 KJ / mol

10 g etanolu 1 mol etanol

To isté platí pre kyselinu octovú:

CH3COOH (1) + 2O2 (g) 2CO2 (g) + 2 H20 (1) AH2 = -840 KJ / mol

AH2 = -140 KJ (60 g kyseliny octovej) = - 840 KJ / mol

10 g kyseliny octovej 1 mol kyseliny octovej.

Vo vyššie uvedených reakciách sú popísané spaľovanie etanolu a kyseliny octovej, takže je potrebné napísať problémový vzorec, ktorým je oxidácia etanolu na kyselinu octovú pri výrobe vody..

Toto je reakcia, o ktorú tento problém žiada. Už je to vyvážené.

CH3CH20H (1) + O2 (g) CH3COOH (1) + H20 (1) AH3 = ?

Uplatňovanie Hessovho zákona

Aby sme to urobili, vynásobíme termodynamické rovnice číselným koeficientom, aby boli algebraické a správne usporiadali každú rovnicu. To sa robí, keď jeden alebo niekoľko činidiel nie je na zodpovedajúcej strane v rovnici.

Prvá rovnica zostáva rovnaká, pretože etanol je na strane reaktantov, ako je naznačené rovnicou problému.

Druhá rovnica je potrebná na vynásobenie koeficientom -1 takým spôsobom, že kyselina octová, ktorá je ako reaktívna, sa môže stať produktom.

CH3CH20H (1) + 3O2 (g) 2CO2 (g) + 3H20 (1) AH1 = -1380 KJ / mol.

- CH3COOH (l) - 2O2 (g) - 2CO2 (g) - 2H2O (l) ΔH2 = - (-840 KJ / mol)

CH3CH3OH + 3O2-2O2-CH3COOH2C02 + 3H20-2CO2

-2H2O

Sú pridané algebraicky a to je výsledok: požadovaná rovnica.

CH3CH3OH (1) + O2 (g) CH3COOH (l) + H20 (l)

Určite entalpiu reakcie.

Rovnako ako každá reakcia násobená číselným koeficientom, hodnota entalpií sa musí tiež vynásobiť

AH3 = 1x AH1 -1xAH2 = 1 x (-1380) -1x (-840)

AH3 = -1380 + 840 = - 540 KJ / mol

AH3 = - 540 KJ / mol.

V predchádzajúcom cvičení etanol predstavuje dve reakcie, spaľovanie a oxidáciu.

Pri každej spaľovacej reakcii dochádza k tvorbe CO2 a H20, zatiaľ čo pri oxidácii primárneho alkoholu, ako je etanol, vzniká kyselina octová.

referencie

1. Cedrón, Juan Carlos, Victoria Landa, Juana Robles (2011). Všeobecná chémia Vyučovací materiál Lima: Pontificia Universidad Católica del Perú.
2. Chémia. Libretexts. Termochémia. Prevzaté z hem.libretexts.org.
3. Levine, I. Fyzikálno-chemické. vol.2.