- H = U + PV
- Ano ang enthalpy ng pormasyon?
- Halimbawa
- Exothermic at endothermic reaksyon
- Exothermic reaksyon
- Ang reaksyon ng endothermic
- Ang panghihimasok ng mga halaga ng pormasyon ng ilang mga diorganiko at organikong kemikal na compound sa 25 ° C at 1 atm ng presyon
- Mga pagsasanay upang makalkula ang enthalpy
- Ehersisyo 1
- Mag-ehersisyo 2
- Mag-ehersisyo 3
- Mga Sanggunian
Ang enthalpy ay isang sukatan ng dami ng enerhiya na nilalaman sa isang katawan (system) na may lakas ng tunog, napapailalim sa presyon at maaaring palitan ng kapaligiran. Ito ay kinakatawan ng titik H. Ang pisikal na yunit na nauugnay dito ay ang Joule (J = kgm2 / s2).
Matematika maaari itong ipahiwatig tulad ng sumusunod:
H = U + PV
Kung saan:
H = Enthalpy
U = Panloob na enerhiya ng system
P = Pressure
V = Dami
Kung ang parehong U at P at V ay mga pagpapaandar ng estado, magiging maayos din ang H. Ito ay dahil sa isang naibigay na sandali, ang ilang mga paunang at panghuling kundisyon ay maaaring ibigay para sa variable na pag-aralan sa system.
Ano ang enthalpy ng pormasyon?
Ito ang init na hinihigop o pinakawalan ng isang sistema kapag 1 mole ng isang produkto ng isang sangkap ay ginawa mula sa mga elemento nito sa kanilang normal na estado ng pagsasama-sama; solid, likido, gas, solusyon o sa pinaka matatag na estado na allotropic.
Ang pinaka-matatag na estado ng carbon ng carbon ay grapayt, bilang karagdagan sa pagiging sa normal na mga kondisyon ng presyon 1 na kapaligiran at 25 ° C ng temperatura.
Ito ay ipinapahiwatig bilang ΔH ° f. Sa ganitong paraan:
ΔH ° f = H pangwakas - H paunang
Δ: Griyego sulat na sumisimbolo sa pagbabago o pagkakaiba-iba sa enerhiya ng isang pangwakas na estado at isang paunang. Ang subscript f ay nagpapahiwatig ng pagbubuo ng tambalang at ang superscript o karaniwang mga kondisyon.
Halimbawa
Isinasaalang-alang ang pagbuo ng reaksyon ng likidong tubig
H2 (g) + ½ O2 (g) H2O (l) ΔH ° f = -285.84 kJ / mol
Mga Reagents : Ang hydrogen at Oxygen ang likas na estado ay gasgas.
Produkto : 1 nunal ng likidong tubig.
Dapat pansinin na ang mga enthalpies ng pagbuo ayon sa kahulugan ay para sa 1 mole ng compound na ginawa, kaya dapat ayusin ang reaksyon kung posible sa mga fractional coefficients, tulad ng nakikita sa nakaraang halimbawa.
Exothermic at endothermic reaksyon
Sa isang proseso ng kemikal, ang enthalpy ng pormasyon ay maaaring maging positibo ΔHof> 0 kung ang reaksyon ay endothermic, iyon ay, sumisipsip ng init mula sa daluyan o negatibong ΔHof <0 kung ang reaksyon ay exothermic na may init na paglabas mula sa system.
Exothermic reaksyon
Ang mga reactant ay may mas mataas na enerhiya kaysa sa mga produkto.
ΔH ° f <0
Ang reaksyon ng endothermic
Ang mga reaksyon ay may mas mababang enerhiya kaysa sa mga produkto.
ΔH ° f> 0
Upang maisulat nang wasto ang isang equation ng kemikal, dapat itong balansehin. Upang sumunod sa "Batas ng Pag-iingat ng Bagay", dapat ding maglaman ng impormasyon tungkol sa pisikal na estado ng mga reaktor at produkto, na kilala bilang estado ng pagsasama-sama.
Dapat ding isaalang-alang na ang mga purong sangkap ay may isang form ng enthalpy ng zero sa mga karaniwang kondisyon at sa kanilang pinaka matatag na form.
Sa isang sistemang kemikal kung saan may mga reaksyon at produkto, ang enthalpy ng reaksyon ay katumbas ng enthalpy ng pagbuo sa ilalim ng mga karaniwang kondisyon.
ΔH ° rxn = ΔH ° f
Isinasaalang-alang ang nasa itaas kailangan nating:
ΔH ° rxn = ∑nproduktor H ∑nreactive na produkto Hreactive
Ibinigay ang sumusunod na kathang-isip na reaksyon
aA + bB cC
Kung saan a, b, c ang mga koepisyent ng balanseng equation ng kemikal.
Ang expression para sa enthalpy ng reaksyon ay:
ΔH ° rxn = c ΔH ° f C (isang ΔH ° f A + b ΔH ° f B)
Ipagpalagay na: a = 2 mol, b = 1 mol, at c = 2 mol.
ΔH ° f (A) = 300 KJ / mol, ΔH ° f (B) = -100 KJ / mol, ΔH ° f (C) = -30 KJ. Kalkulahin ang ΔH ° rxn
ΔH ° rxn = 2mol (-30KJ / mol) - (2mol (300KJ / mol + 1mol (-100KJ / mol) = -60KJ - (600KJ - 100KJ) = -560KJ
ΔH ° rxn = -560KJ.
Pagkatapos ay tumutugma ito sa isang eksotermikong reaksyon.
Ang panghihimasok ng mga halaga ng pormasyon ng ilang mga diorganiko at organikong kemikal na compound sa 25 ° C at 1 atm ng presyon
Mga pagsasanay upang makalkula ang enthalpy
Ehersisyo 1
Hanapin ang enthalpy ng reaksyon ng NO2 (g) ayon sa sumusunod na reaksyon:
2NO (g) + O2 (g) 2NO2 (g)
Gamit ang equation para sa enthalpy ng reaksyon na mayroon kami:
ΔH ° rxn = ∑nproduktor H ∑nreactive na produkto Hreactive
ΔH ° rxn = 2mol (ΔH ° f NO2) - (2mol ΔH ° f NO + 1mol ΔH ° f O2)
Sa talahanayan sa nakaraang seksyon makikita natin na ang enthalpy ng pagbuo para sa oxygen ay 0 KJ / mol, dahil ang oxygen ay isang purong compound.
ΔH ° rxn = 2mol (33.18KJ / mol) - (2mol 90.25 KJ / mol + 1mol 0)
ΔH ° rxn = -114.14 KJ
Ang isa pang paraan upang makalkula ang enthalpy ng reaksyon sa isang sistema ng kemikal ay sa pamamagitan ng HESS LAW, na iminungkahi ng Swiss chemist na si Germain Henri Hess noong 1840.
Sinasabi ng batas: "Ang enerhiya na hinihigop o pinalabas sa isang proseso ng kemikal kung saan ang mga reaksyon ay na-convert sa mga produkto ay pareho kung isinasagawa sa isang yugto o sa ilang".
Mag-ehersisyo 2
Ang pagdaragdag ng hydrogen sa acetylene upang mabuo ang etana ay maaaring maisagawa sa isang hakbang:
C2H2 (g) + 2H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° f = - 311.42 KJ / mol
O maaari rin itong mangyari sa dalawang yugto:
C2H2 (g) + H2 (g) H2C = CH2 (g) ΔH ° f = - 174.47 KJ / mol
H2C = CH2 (g) + H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° f = - 136.95 KJ / mol
Pagdaragdag ng parehong mga equation algebraically mayroon kami:
C2H2 (g) + H2 (g) H2C = CH2 (g) ΔH ° f = - 174.47 KJ / mol
H2C = CH2 (g) + H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° f = - 136.95 KJ / mol
C2H2 (g) + 2H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° rxn = 311.42 KJ / mol
Mag-ehersisyo 3
(Kinuha mula sa quimitube.com. Ehersisyo 26. Thermodynamics ng Batas ni Hess)
Tulad ng makikita sa pahayag ng problema, ilang data lamang ang lumilitaw, ngunit ang mga reaksyong kemikal ay hindi lilitaw, samakatuwid kinakailangan na isulat ang mga ito.
CH3CH2OH (l) + 3O2 (g) 2CO2 (g) +3 H2O (l) ΔH1 = -1380 KJ / mol.
Ang halaga ng negatibong enthalpy ay nakasulat dahil ang problema ay nagsasabi na may paglabas ng enerhiya. Dapat din nating isaalang-alang na ang mga ito ay 10 gramo ng ethanol, samakatuwid dapat nating kalkulahin ang enerhiya para sa bawat nunal ng ethanol. Para sa mga sumusunod ay tapos na:
Ang molar bigat ng ethanol ay hinahangad (kabuuan ng mga timbang ng atom), halaga na katumbas ng 46 g / mol.
ΔH1 = -300 KJ (46 g) ethanol = - 1380 KJ / mol
10 g ethanol 1mol ethanol
Ang parehong ay ginagawa para sa acetic acid:
CH3COOH (l) + 2O2 (g) 2CO2 (g) + 2 H2O (l) ΔH2 = -840 KJ / mol
ΔH2 = -140 KJ (60 g acetic acid) = - 840 KJ / mol
10 g acetic acid 1 mole acetic acid.
Sa nakaraang mga reaksyon, ang pagkasunog ng ethanol at acetic acid ay inilarawan, kaya kinakailangan na isulat ang formula formula na kung saan ay ang oksihenasyon ng etanol sa acetic acid na may produksiyon ng tubig.
Ito ang reaksyon na hinihiling ng problema. Ito ay balanseng.
CH3CH2OH (l) + O2 (g) CH3COOH (l) + H2O (l) ΔH3 =?
Ang aplikasyon ng batas ni Hess
Para sa mga ito pinarami namin ang thermodynamic equation sa pamamagitan ng mga numerong coefficients upang gawin silang algebraic at magagawang maayos na ayusin ang bawat equation. Ginagawa ito kapag ang isa o higit pang mga reaksyon ay wala sa kaukulang panig ng equation.
Ang unang equation ay nananatiling pareho dahil ang ethanol ay nasa reaksyong panig tulad ng ipinahiwatig ng equation ng problema.
Ang pangalawang equation ay dapat na pinarami ng koepisyentidad -1 sa paraang ang acetic acid na bilang reaktor ay maaaring maging produkto
CH3CH2OH (l) + 3O2 (g) 2CO2 (g) + 3H2O (l) ΔH1 = -1380 KJ / mol.
- CH3COOH (l) - 2O2 (g) - 2CO2 (g) - 2H2O (l) ΔH2 = - (-840 KJ / mol)
CH3CH3OH + 3O2 -2O2 - CH3COOH 2CO2 + 3H2O -2CO2
-2H2O
Nagdaragdag sila ng algebraically at ito ang resulta: ang equation na hiniling sa problema.
CH3CH3OH (l) + O2 (g) CH3COOH (l) + H2O (l)
Alamin ang enthalpy ng reaksyon.
Sa parehong paraan tulad ng bawat reaksyon ay pinarami ng koepisyent ng bilang, ang halaga ng mga enthalpies ay dapat ding dumami
ΔH3 = 1x ΔH1 -1xΔH2 = 1x (-1380) -1x (-840)
ΔH3 = -1380 + 840 = - 540 KJ / mol
ΔH3 = - 540 KJ / mol.
Sa nakaraang ehersisyo, ang ethanol ay may dalawang reaksyon, pagkasunog at oksihenasyon.
Sa bawat reaksyon ng pagkasunog mayroong pagbuo ng CO2 at H2O, habang sa oksihenasyon ng isang pangunahing alkohol tulad ng ethanol mayroong pagbuo ng acetic acid
Mga Sanggunian
- Cedrón, Juan Carlos, Victoria Landa, Juana Robles (2011). Pangkalahatang kimika. Mga materyal sa pagturo. Lima: Pontifical Catholic University of Peru.
- Chemistry. Mga Libretext. Thermochemistry. Kinuha mula sa hem.libretexts.org.
- Levine, I. Physicochemistry. vol.2.