Hvad er entalpy?



den entalpia det er måleenheden af ​​mængden af ​​energi indeholdt i et legeme (system), der har et volumen, er under pres og kan byttes med omgivelserne. Den er repræsenteret ved bogstavet H. Den fysiske enhed, der er forbundet med den, er juli (J = kgm2 / s2).

Matematisk kan det udtrykkes som følger:

H = U + PV

hvor:

H = Enthalpy

U = Systemets interne energi

P = Tryk

V = volumen

Hvis både U og P og V er statslige funktioner, vil H også være. Dette skyldes, at i et givet øjeblik kan de endelige og indledende betingelser for variablen, som vil blive undersøgt i systemet, gives.

indeks

  • 1 Hvad er entalpien af ​​træning?
    • 1.1 Eksempel
    • 1.2 Eksoterme og endoterme reaktioner
  • 2 Øvelser til at beregne entalpien
    • 2.1 Øvelse 1
    • 2.2 Øvelse 2
    • 2.3 Øvelse 3
  • 3 referencer

Hvad er entalpien af ​​træning?

Det er varmen absorberes eller frigives af et system, når 1 mol af et produkt af et stof fremstilles ud fra dets elementer i deres normale aggregeringsniveau fast, flydende, gasformig, opløsning eller i dens mere stabile allotrope tilstand.

Den mest stabile allotropiske tilstand af kulstof er grafit, ud over at være under normale trykforhold 1 atmosfære og 25 ° C temperatur.

Det betegnes som ΔH ° f. På denne måde:

ΔH ° f = sidste H - indledende H

Δ: Græsk brev, der symboliserer forandringen eller variationen i energien i en endelig og en initial tilstand. Subskriptet f betyder dannelse af forbindelsen og superskriptions- eller standardbetingelserne.

eksempel

I betragtning af dannelsesreaktionen af ​​flydende vand

H2 (g) + ½ O2 (g) H2O (1) ΔH ° f = -285,84 kJ / mol

reagenser: Hydrogen og Oxygen, dets naturlige tilstand er gasformig.

produkt: 1 mol flydende vand.

Vigtigt er det, dannelsesentalpier som defineret for 1 mol af forbindelsen fremstillet, så reaktionen bør om muligt med brøkdele koefficienter justeret, som vist i ovenstående eksempel.

Exoterme og endoterme reaktioner

Ved en kemisk proces, kan enthalpien af ​​formationen være positiv ΔHof> 0, hvis reaktionen er endoterm, dvs. varmeabsorberende medium eller negativ ΔHof<0 si la reacción es exotérmica con emisión de calor desde el sistema.

Eksoterm reaktion

Reagenserne har mere energi end produkterne.

ΔH ° f <0

Endoterm reaktion

Reagenser har lavere energi end produkter.

ΔH ° f> 0

For at kunne skrive en kemisk ligning skal være afbalanceret molarmente. For at overholde "lov om bevarelse af materiel" skal den også indeholde oplysninger om den fysiske tilstand af reagenser og produkter, der er kendt som aggregeringsstaten.

Det skal også tages i betragtning, at rene stoffer har dannelse af entalpier fra nul til standardbetingelser og i deres mest stabile form.

I et kemisk system, hvor der er reaktanter og produkter, har vi, at reaktionens entalpier er lig med dannelsen af ​​entalpier under standardbetingelser.

ΔH ° rxn = ΔH ° f

Under hensyntagen til ovenstående skal vi:

ΔH ° rxn = Σnproductos Hivectivos Σnreactivos Hreactivos

I betragtning af den følgende fiktive reaktion

aA + bB cC

Hvor a, b, c er koefficienterne for den afbalancerede kemiske ligning.

Ekspressionen for reaktionsenthalpien er:

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

Under forudsætning af at: a = 2 mol, b = 1 mol og c = 2 mol.

ΔH ° f (A) = 300 KJ / mol, ΔH ° f (B) = -100 KJ / mol, ΔH ° f (C) = -30 KJ. Beregne .DELTA.H ° rxn

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

ΔH ° rxn = -560KJ.

Svarer til en eksoterm reaktion.

Enthalpy værdier for dannelsen af ​​nogle uorganiske og organiske kemiske forbindelser ved 25 ° C og 1 atm tryk

Øvelser til at beregne entalpier

Øvelse 1

Find entalpien af ​​reaktion af NO2 (g) ifølge den følgende reaktion:

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

Ved anvendelse af ligningen for reaktionsenthalpien har vi:

ΔH ° rxn = Σnproductos Hivectivos Σnreactivos Hreactivos

ΔH ° rxn = 2mol (ΔH ° NO2) - (2mol ΔH ° F NO + 1mol ΔH ° FO2)

I tabellen i det foregående afsnit kan vi se, at entalpien af ​​dannelse for oxygen er 0 KJ / mol, fordi ilt er en ren forbindelse.

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

ΔH ° rxn = -114,14 KJ

En anden måde at beregne entalpien af ​​reaktion i et kemisk system på er gennem HESS LAW, foreslået af den schweiziske kemiker Germain Henri Hess i år 1840.

Loven siger: "Den energi, der absorberes eller udsendes i en kemisk proces, hvor reaktanterne bliver produkter, er det samme, hvis det udføres i et trin eller i flere".

Øvelse 2

Tilsætningen af ​​hydrogen til acetylen til dannelse af ethan kan udføres i et trin:

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

Eller det kan også ske i to faser:

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

Ved at tilføje begge ligninger algebraisk har vi:

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

Øvelse 3

(Udtaget fra quimitube.com Øvelse 26. Termodynamik Hess lov)

Beregn oxidationsenthalpien af ​​ethanol for at give som eddikesyre og vandprodukter ved at vide, at ved forbrænding af 10 gram ethanol frigives 300 KJ af energi, og ved forbrænding af 10 gram eddikesyre frigives 140 KJ energi.

Som du kan se i sætningen af ​​problemet, vises kun numeriske data, men kemiske reaktioner vises ikke, så det er nødvendigt at skrive dem.

CH3CH2OH (1) + 3O2 (g) 2CO2 (g) +3 H20 (1) ΔH1 = -1380 KJ / mol.

Værdien af ​​den negative entalpy er skrevet, fordi problemet siger, at der er energiudgivelse. Du skal også overveje at de er 10 gram ethanol, så du skal beregne energien for hver mol ethanol. Til dette er følgende gjort:

Den molære vægt af ethanol (summen af ​​atomvægten), værdi svarende til 46 g / mol, søges.

ΔH1 = -300 KJ (46 g) ethanol = - 1380 KJ / mol

10 g ethanol 1 mol ethanol

Det samme gøres for eddikesyre:

CH3COOH (1) + 2O2 (g) 2CO2 (g) + 2 H20 (1) ΔH2 = -840 KJ / mol

ΔH2 = -140 KJ (60 g eddikesyre) = - 840 KJ / mol

10 g eddikesyre 1 mol eddikesyre.

I de ovennævnte reaktioner forbrændinger ethanol og eddikesyre er beskrevet, så det er nødvendigt at skrive formlen problem er oxidationen af ​​ethanol til eddikesyre med vand produktion.

Dette er den reaktion, som problemet spørger om. Det er allerede afbalanceret.

CH3CH20H (l) + 02 (g) CH3COOH (1) + H20 (1) ΔH3 = ?

Anvendelse af Hess lov

For at gøre dette multiplicerer vi de termodynamiske ligninger med numerisk koefficient for at gøre dem algebraiske og til at organisere hver ligning korrekt. Dette gøres, når en eller flere reagenser ikke er på den tilsvarende side i ligningen.

Den første ligning forbliver den samme, fordi ethanolet er på siden af ​​reaktanterne som angivet ved problemligningen.

Den anden ligning er nødvendig for at formere den med koefficienten -1 på en sådan måde, at eddikesyren, der er så reaktiv, kan blive produktet

CH3CH2OH (1) + 3O2 (g) 2CO2 (g) + 3H2O (1) ΔH1 = -1380 KJ / mol.

- CH3COOH (1) - 2O2 (g) - 2CO2 (g) - 2H20 (1) ΔH2 = - (-840 KJ / mol)

CH3CH3OH + 3O2-2O2 - CH3COOH2CO2 + 3H2O-2C02

-2H2O

De tilføjes algebraisk, og dette er resultatet: den ligning, der blev anmodet om i problemet.

CH3CH3OH (1) + 02 (g) CH3COOH (1) + H20 (1)

Bestem entalpien af ​​reaktionen.

På samme måde som hver reaktion multipliceret med den numeriske koefficient, skal værdien af ​​enthalpier også multipliceres

ΔH3 = 1xΔH1-1xΔH2 = 1x (-1380) -1x (-840)

ΔH3 = -1380 + 840 = - 540 KJ / mol

ΔH3 = - 540 KJ / mol.

I den foregående øvelse præsenterer ethanol to reaktioner, forbrænding og oxidation.

I hver forbrændingsreaktion er der dannelse af CO2 og H20, mens der i oxidering af en primær alkohol, såsom ethanol, er dannelse af eddikesyre

referencer

  1. Cedrón, Juan Carlos, Victoria Landa, Juana Robles (2011). General Chemistry Undervisningsmateriale Lima: Pontificia Universidad Católica del Perú.
  2. Kemi. Libretexts. Termokemi. Taget fra hem.libretexts.org.
  3. Levine, I. Fysikkemi. vol.2.