Hva er entalpy?

Entalalp er målet for mengden energi som finnes i en kropp (system) som har et volum, er under trykk og kan byttes med omgivelsene. Den er representert ved bokstaven H. Den fysiske enheten knyttet til den er juli (J = kgm2 / s2).

Matematisk kan det uttrykkes som følger:

H = U + PV

der:

H = Enthalpy

U = Intern energi til systemet

P = Trykk

V = volum

Hvis både U og P og V er statlige funksjoner, vil H også være. Dette er fordi på et gitt tidspunkt kan de endelige og innledende forholdene til variabelen som skal studeres i systemet gis.

Hva er dannelsen av entalpy?

Det er varmen absorbert eller frigjort av et system når 1 mol av et produkt av et stoff, er produsert fra dets elementer i deres normale aggregatnivå; fast, flytende, gassformig, oppløsning eller i sin mer stabile allotrope tilstand.

Den mest stabile allotrope tilstanden av karbon er grafitt, i tillegg til å være under normale trykkforhold 1 atmosfære og 25 ° C temperatur.

Den er betegnet som ΔH ° f. På denne måten:

ΔH ° f = siste H - Initial H

Δ: Gresk brev som symboliserer endringen eller variasjonen i energien til en endelig og en initial tilstand. Subskriptet f betyr dannelse av forbindelsen og superskript eller standardbetingelsene.

eksempel

Tatt i betraktning dannelsesreaksjonen av flytende vann

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

Reagenser : Hydrogen og oksygen, dets naturlige tilstand er gassformig.

Produkt : 1 mol flytende vann.

Det skal bemerkes at dannelsen av entalpier i henhold til definisjonen er for 1 mol produsert forbindelse, så reaksjonen bør justeres om mulig med fraksjonelle koeffisienter, som sett i det foregående eksempel.

Eksoterme og endoterme reaksjoner

I en kjemisk prosess kan dannelsen av entalitet være positiv ΔHof> 0 hvis reaksjonen er endotermisk, noe som betyr at den absorberer varme fra mediet eller negativt ΔHof <0 hvis reaksjonen er eksoterm med varmeutslipp fra systemet.

Eksoterm reaksjon

Reagensene har mer energi enn produktene.

ΔH ° f <0

Endoterm reaksjon

Reagensene har lavere energi enn produktene.

ΔH ° f> 0

For å skrive en kjemisk ligning riktig må den være molarbalansert. For å overholde "Lov om bevaring av materie", må det også inneholde opplysninger om de fysiske tilstandene til reagensene og produktene, som er kjent som aggregeringsstatus.

Det må også tas i betraktning at rene stoffer har en formet entalpy fra null til standardbetingelser og i deres mest stabile form.

I et kjemisk system hvor det er reaktanter og produkter, har vi at reaksjonsentalet er lik dannelsen av entalpier under standardbetingelser.

ΔH ° rxn = ΔH ° f

Med tanke på ovenstående må vi:

ΔH ° rxn = Σnproductos Hivectivos Σnreactivos Hreactivos

Gitt følgende fiktive reaksjon

aA + bB cC

Hvor a, b, c er koeffisientene til den balansert kjemiske ligningen.

Ekspresjonen for reaksjonsenthalpien er:

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

Forutsatt 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. Beregn Δ H ° rxn

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

ΔH ° rxn = -560KJ.

Tilsvarende svarer til en eksoterm reaksjon.

Entaliske verdier for dannelsen av noen uorganiske og organiske kjemiske forbindelser ved 25 ° C og 1 atm trykk

Øvelser for å beregne entalpi

Øvelse 1

Finn entalpi av reaksjon av NO2 (g) i henhold til følgende reaksjon:

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

Ved å bruke ligningen for reaksjonsenthalpien har vi:

ΔH ° rxn = Σnproductos Hivectivos Σnreactivos Hreactivos

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

I tabellen i forrige avsnitt kan vi se at ilddannelsen for oksygen er 0 KJ / mol, fordi oksygen er en ren forbindelse.

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

ΔH ° rxn = -114, 14 KJ

En annen måte å beregne entalpien av reaksjon i et kjemisk system er gjennom HESS LAW, foreslått av den sveitsiske kjemikeren Germain Henri Hess i år 1840.

Loven sier: "Energien som absorberes eller utledes i en kjemisk prosess hvor reaktantene blir produkter, er det samme hvis det utføres i ett trinn eller i flere".

Øvelse 2

Tilsetningen av hydrogen til acetylen for å danne etan kan utføres i ett trinn:

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

Eller det kan også skje 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 å legge til begge ligningene 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

(Hentet fra quimitube.com Øvelse 26. Termodynamikk Hess lov)

Beregn entalpien av oksydasjon av etanol, for å gi eddiksyre og vann som produkter ved å vite at ved forbrenning av 10 gram etanol frigjøres 300 KJ energi og ved forbrenning av 10 gram eddiksyre frigjøres 140 KJ energi.

Som det fremgår av problemstillingen, vises bare numeriske data, men kjemiske reaksjoner vises ikke, så det er nødvendig å skrive dem.

CH3CH2OH (1) + 3O2 (g) 2CO2 (g) + 3 H20 (1) AH1 = -1380 KJ / mol.

Verdien av negativ entalpien er skrevet fordi problemet sier at det er energiutslipp. Du må også vurdere at de er 10 gram etanol, så du må beregne energien for hver mol etanol. For dette er følgende gjort:

Molekylen av etanolen (summen av atomvektene), verdi lik 46 g / mol, søktes.

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

10 g etanol 1 mol etanol

Det samme gjøres for eddiksyre:

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

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

10 g eddiksyre 1 mol eddiksyre.

I de ovennevnte reaksjonene beskrives forbrenningen av etanol og eddiksyre, så det er nødvendig å skrive problemformuleringen som er oksidasjonen av etanol til eddiksyre med vannproduksjon.

Dette er reaksjonen som problemet ber om. Det er allerede balansert.

CH3CH2OH (1) + 02 (g) CH3COOH (1) + H20 (1) AH3 =

Anvendelse av Hess lov

For å gjøre dette multipliserer vi de termodynamiske ligningene med numerisk koeffisient for å gjøre dem algebraiske og å organisere hver ligning riktig. Dette gjøres når et eller flere reagenser ikke er på den tilsvarende siden i ligningen.

Den første ligningen forblir den samme fordi etanolen er på siden av reaktantene som angitt av problemekvasjonen.

Den andre ligningen er nødvendig for å multiplisere den med koeffisienten -1 på en slik måte at eddiksyre som er så reaktiv, kan bli produktet

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

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

CH3CH3OH + 3O2-2O2-CH3COOH2CO2 + 3H20-CO2

-2H2O

De legges til algebraisk, og dette er resultatet: ligningen forespurt i problemet.

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

Bestem entalpien av reaksjonen.

På samme måte som hver reaksjon multiplisert med den numeriske koeffisienten, må verdien av enthalpiene også multipliseres

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

ΔH3 = -1380 + 840 = - 540 KJ / mol