Τι είναι η ενθαλπία;

Το ενθαλπία είναι το μέτρο της ποσότητας ενέργειας που περιέχεται σε ένα σώμα (σύστημα) που έχει έναν όγκο, είναι υπό πίεση και μπορεί να εναλλάσσεται με το περιβάλλον του. Εκπροσωπείται από το γράμμα Η. Η φυσική μονάδα που συνδέεται με αυτήν είναι ο Ιούλιος (J = kgm2 / s2).

Μαθηματικά μπορεί να εκφραστεί ως εξής:

H = U + PV

Πού:

Η = Ενθαλπία

U = Εσωτερική ενέργεια του συστήματος

P = Πίεση

V = Όγκος

Εάν και οι δύο U και P και V είναι λειτουργίες κατάστασης, το H θα είναι πάρα πολύ. Αυτό συμβαίνει επειδή σε μια δεδομένη στιγμή μπορούν να δοθούν τελικές και αρχικές συνθήκες της μεταβλητής που θα μελετηθεί στο σύστημα.

Ευρετήριο

• 1 Τι είναι η ενθαλπία της εκπαίδευσης?
  • 1.1 Παράδειγμα
  • 1.2 Εξώθερμες και ενδοθερμικές αντιδράσεις
• 2 Ασκήσεις για τον υπολογισμό της ενθαλπίας
  • 2.1 Άσκηση 1
  • 2.2 Άσκηση 2
  • 2.3 Άσκηση 3
• 3 Αναφορές

Ποια είναι η ενθαλπία της εκπαίδευσης?

Είναι η θερμότητα που απορροφάται ή απελευθερώνεται από ένα σύστημα όταν παράγεται 1 γραμμομόριο ενός προϊόντος μιας ουσίας από τα στοιχεία της στην κανονική κατάσταση συσσωμάτωσής τους. στερεά, υγρά, αέρια, διάλυση ή στην πιο σταθερή αλλοτροπική κατάσταση.

Η πλέον σταθερή αλλοτροπική κατάσταση του άνθρακα είναι ο γραφίτης, πέραν του ότι είναι σε συνθήκες κανονικής πίεσης 1 ατμόσφαιρα και θερμοκρασία 25 ° C.

Χαρακτηρίζεται ως ΔH ° f. Με αυτόν τον τρόπο:

ΔH ° f = τελικό H - Αρχικό H

Δ: Ελληνικό γράμμα που συμβολίζει την αλλαγή ή τη μεταβολή της ενέργειας μιας τελικής και μιας αρχικής κατάστασης. Ο δείκτης f, σημαίνει το σχηματισμό της ένωσης και των καταγεγραμμένων ή τυποποιημένων συνθηκών.

Παράδειγμα

Λαμβάνοντας υπόψη την αντίδραση σχηματισμού υγρού νερού

H2 (g) + 1/2 O2 (g) H2O (1) ΔH ° f = -285,84 kJ / mol

Αντιδραστήρια: Υδρογόνο και οξυγόνο, η φυσική του κατάσταση είναι αέρια.

Προϊόν: 1 γραμμομόριο υγρού νερού.

Σημαντικά, οι ενθαλπίες σχηματισμού είναι όπως ορίζονται για 1 mol της ένωσης που παράγεται, έτσι η αντίδραση θα πρέπει να ρυθμίζεται, αν είναι δυνατόν με κλασματική συντελεστές, όπως φαίνεται στο παραπάνω παράδειγμα.

Εξώθερμες και ενδοθερμικές αντιδράσεις

Σε μία χημική διαδικασία, η ενθαλπία σχηματισμού μπορεί να είναι θετική ΔHof> 0 αν η αντίδραση είναι ενδόθερμη, δηλαδή απορροφητικό μέσο θερμότητας ή αρνητική ΔHof<0 si la reacción es exotérmica con emisión de calor desde el sistema.

Εξωθερμική αντίδραση

Τα αντιδραστήρια έχουν περισσότερη ενέργεια από τα προϊόντα.

ΔH ° f <0

Ενδοθερμική αντίδραση

Τα αντιδραστήρια έχουν χαμηλότερη ενέργεια από τα προϊόντα.

ΔH ° f> 0

Για να γράψουμε σωστά μια χημική εξίσωση, πρέπει να είναι μοριακά ισορροπημένη. Προκειμένου να συμμορφωθεί με τον "Νόμο για τη διατήρηση της ύλης", πρέπει επίσης να περιέχει πληροφορίες σχετικά με τη φυσική κατάσταση των αντιδραστηρίων και των προϊόντων, η οποία είναι γνωστή ως κατάσταση συνάθροισης.

Πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη ότι οι καθαρές ουσίες έχουν μια ενθαλπία σχηματισμού από μηδενικές έως κανονικές συνθήκες και στην πιο σταθερή μορφή τους.

Σε ένα χημικό σύστημα όπου υπάρχουν αντιδραστήρια και προϊόντα, έχουμε ότι η ενθαλπία της αντίδρασης είναι ίση με την ενθαλπία του σχηματισμού υπό κανονικές συνθήκες.

ΔH ° rxn = ΔH ° f

Λαμβάνοντας υπόψη τα παραπάνω, πρέπει:

ΔH ° rxn = Τα προϊόντα που παράγονται από τα προϊόντα της Hreaktivos

Λαμβάνοντας υπόψη την ακόλουθη πλασματική αντίδραση

aA + bBcC

Όπου a, b, c είναι οι συντελεστές της ισορροπημένης χημικής εξίσωσης.

Η έκφραση για την ενθαλπία αντίδρασης είναι:

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

Υποθέτοντας ότι: α = 2 mol, b = 1 mol και c = 2 mol.

.DELTA.H ° f (A) = 300 kJ / mol, .DELTA.H ° f (Β) = -100 kJ / mol, .DELTA.H ° F (C) = -30 kJ. Υπολογίστε ΔH ° rxn

.DELTA.H ° rxn = 2 mol (-30KJ / mol) - (2 mol (300KJ / mol + 1 mol (-100KJ / mol) = -60KJ - (600KJ - 100 kJ) = -560KJ

ΔH ° rxn = -560KJ.

Ακολούθως αντιστοιχεί σε μια εξώθερμη αντίδραση.

Τιμές ενθαλπίας για το σχηματισμό ορισμένων ανόργανων και οργανικών χημικών ενώσεων στους 25 ° C και πίεση 1 atm

Ασκήσεις για τον υπολογισμό της ενθαλπίας

Άσκηση 1

Βρείτε την ενθαλπία της αντίδρασης του NO2 (g) σύμφωνα με την ακόλουθη αντίδραση:

2NO (g) + 02 (g) 2NO2 (g)

Χρησιμοποιώντας την εξίσωση για την ενθαλπία αντίδρασης, έχουμε:

ΔH ° rxn = Τα προϊόντα που παράγονται από τα προϊόντα της Hreaktivos

ΔH ° rxn = 2mol (ΔH ° F ΝΟ2) - (2mol ΔH ° f ΝΟ + 1mol ΔH ° fO2)

Στον πίνακα της προηγούμενης ενότητας μπορούμε να δούμε ότι η ενθαλπία του σχηματισμού οξυγόνου είναι 0 KJ / mol, επειδή το οξυγόνο είναι μια καθαρή ένωση.

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

ΔH ° rxn = -114,14 KJ

Ένας άλλος τρόπος για τον υπολογισμό της ενθαλπίας της αντίδρασης σε ένα χημικό σύστημα είναι από HESS ACT που προτείνει η ελβετική χημικός Germain Henri Hess το 1840.

Ο νόμος λέει: «Η ενέργεια που απορροφάται ή εκπέμπεται σε μία χημική διεργασία στην οποία τα αντιδρώντα μετατρέπονται σε προϊόντα, είναι η ίδια είτε αυτή διεξάγεται σε ένα στάδιο ή σε περισσότερα».

Άσκηση 2

Η προσθήκη υδρογόνου σε ακετυλένιο για να σχηματίσει αιθάνιο μπορεί να πραγματοποιηθεί σε ένα στάδιο:

C2H2 (g) + 2Η2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° f = - 311,42 KJ / mol

Ή μπορεί επίσης να πραγματοποιηθεί σε δύο στάδια:

C2H2 (g) + Η2 (g) H2C = CH2 (g) ΔH ° f = - 174,47 KJ / mol

H2C = CH2 (g) + Η2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° f = - 136,95 KJ / mol

Με την προσθήκη των δύο εξισώσεων αλγεβρικά έχουμε:

C2H2 (g) + Η2 (g) H2C = CH2 (g) ΔH ° f = - 174,47 KJ / mol

H2C = CH2 (g) + Η2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° f = - 136,95 KJ / mol

C2H2 (g) + 2Η2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° rxn = 311,42 KJ / mol

Άσκηση 3

(Λήψη από το quimitube.com Άσκηση 26. Θερμοδυναμική Νόμος Hess)

Υπολογισμός της ενθαλπίας της οξείδωσης της αιθανόλης για να δώσει τα προϊόντα ως οξικό οξύ και νερό, γνωρίζοντας ότι κατά την καύση 10 γραμμάρια αιθανόλης απελευθερώνονται 300 KJ ενέργειας και την καύση 10 γραμμάρια οξικού οξέος απελευθερώνονται ενέργειας KJ 140.

Όπως μπορείτε να δείτε στη δήλωση του προβλήματος, εμφανίζονται μόνο αριθμητικά δεδομένα, αλλά δεν εμφανίζονται χημικές αντιδράσεις, επομένως είναι απαραίτητο να τα γράψετε.

CH3CH2OH (1) + 302 (g) 2CO2 (g) + Η2Ο (1) ΔH1 = -1380 KJ / mol.

Η τιμή της αρνητικής ενθαλπίας γράφεται επειδή το πρόβλημα λέει ότι υπάρχει απελευθέρωση ενέργειας. Πρέπει επίσης να λάβετε υπόψη ότι είναι 10 γραμμάρια αιθανόλης, οπότε πρέπει να υπολογίσετε την ενέργεια για κάθε γραμμομόριο αιθανόλης. Για αυτό, γίνονται τα εξής:

Προσδιορίζεται το γραμμομοριακό βάρος αιθανόλης (άθροισμα των ατομικών βαρών), αξίας ίσης με 46 g / mol.

ΔΗ1 = -300 KJ (46 g) αιθανόλη = - 1380 KJ / mol

10 g αιθανόλης 1 mol αιθανόλης

Το ίδιο ισχύει για το οξικό οξύ:

CH3COOH (1) + 202 (g) 2CO2 (g) + 2 Η2Ο (1) ΔH2 = -840 KJ / mol

ΔΗ2 = -140 KJ (60 g οξικού οξέος) = - 840 KJ / mol

10 g οξικού οξέος 1 mol οξικού οξέος.

Στις παραπάνω αντιδράσεις περιγράφονται οι καύσεις αιθανόλης και οξικού οξέος, γι 'αυτό είναι απαραίτητο να γράψουμε τον τύπο προβλήματος που είναι η οξείδωση αιθανόλης προς οξικό οξύ με παραγωγή νερού.

Αυτή είναι η αντίδραση που ζητά το πρόβλημα. Είναι ήδη ισορροπημένη.

CH3CH2OH (1) + 02 (g) CH3COOH (1) + Η2Ο (1) ΔΗ3 = ?

Εφαρμογή του νόμου της Hess

Για να γίνει αυτό, πολλαπλασιάζουμε τις θερμοδυναμικές εξισώσεις με αριθμητικό συντελεστή για να τις καταστήσουμε αλγεβρικές και να οργανώσουμε σωστά κάθε εξίσωση. Αυτό γίνεται όταν ένα ή περισσότερα αντιδραστήρια δεν βρίσκονται στην αντίστοιχη πλευρά στην εξίσωση.

Η πρώτη εξίσωση παραμένει η ίδια επειδή η αιθανόλη είναι στην πλευρά των αντιδραστηρίων όπως υποδεικνύεται από την εξίσωση του προβλήματος.

Η δεύτερη εξίσωση είναι απαραίτητη για να πολλαπλασιαστεί με τον συντελεστή -1 κατά τέτοιο τρόπο ώστε το οξικό οξύ που είναι τόσο δραστικό μπορεί να γίνει το προϊόν

CH3CH2OH (1) + 302 (g) 2CO2 (g) + 3Η2Ο (1) ΔΗ1 = -1380 KJ / mol.

- CH3COOH (ιβ) - 2O2 (g) - 2CO2 (g) - 2Η2Ο (ιβ) ΔH2 = - (-840 kJ / mol)

CH3CH3OH + 302-2O2-CH3COOH2CO2 + 3H2O-2CO2

-2H2O

Προστίθενται αλγεβρικά και αυτό είναι το αποτέλεσμα: η εξίσωση που ζητήθηκε στο πρόβλημα.

CH3CH3OH (1) + 02 (g) CH3COOH (1) + Η2Ο (1)

Προσδιορίστε την ενθαλπία της αντίδρασης.

Με τον ίδιο τρόπο που κάθε αντίδραση πολλαπλασιάζεται με τον αριθμητικό συντελεστή, πρέπει επίσης να πολλαπλασιάζεται η τιμή των ενθαλπίων

ΔΗ3 = 1χ ΔΗ1 -1χΔΗ2 = 1χ (-1380) -1χ (-840)

ΔΗ3 = -1380 + 840 = -540 KJ / mol

ΔΗ3 = - 540 KJ / mol.

Στην προηγούμενη άσκηση, η αιθανόλη παρουσιάζει δύο αντιδράσεις, καύση και οξείδωση.

Σε κάθε αντίδραση καύσης υπάρχει σχηματισμός CO2 και H2O, ενώ στην οξείδωση μιας πρωτοταγούς αλκοόλης όπως η αιθανόλη υπάρχει ο σχηματισμός οξικού οξέος

Αναφορές

1. Cedrón, Juan Carlos, Victoria Landa, Χουάνα Ρόλμς (2011). Γενική Χημεία Διδασκαλία υλικού Λίμα: Πανεπιστήμιο Pontificia Católica del Perú.
2. Χημεία Libretexts. Θερμοχημεία Λαμβάνεται από hem.libretexts.org.
3. Levine, Ι. Physicochemistry. τόμος 2.