Entalpi nedir?

Entalpi, hacmi olan, basınç altında olan ve çevresiyle özdeşleştirilebilen bir vücutta (sistem) bulunan enerji miktarının ölçüsüdür. H harfi ile temsil edilir. Bununla ilişkili fiziksel birim Temmuz'dur (J = kgm2 / s2).

Matematiksel olarak şu şekilde ifade edilebilir:

H = U + PV

burada:

H = Entalpi

U = Sistemin iç enerjisi

P = Basınç

V = Hacim

Hem U hem P hem de V durum fonksiyonları ise, H de olacaktır. Bunun nedeni, belirli bir anda, sistemde çalışılacak değişkenin nihai ve başlangıç koşullarının verilebilmesidir.

Oluşum entalpisi nedir?

Bir maddenin bir ürününün 1 molü, normal toplanma halindeki elementlerinden üretildiği zaman, bir sistem tarafından absorbe edilen veya çıkan ısıdır; katı, sıvı, gaz halinde, çözünme veya daha kararlı allotropik durumunda.

En kararlı allotropik karbon durumu, normal basınç koşullarında 1 atmosfer ve 25 ° C sıcaklıkta olmasının yanı sıra grafittir.

ΔH ° f olarak ifade edilir. Bu şekilde:

ΔH ° f = final H - İlk H

Δ: Bir final ve ilk durumun enerjisindeki değişimi veya değişimi sembolize eden Yunanca harf. Alt simge f, bileşiğin ve üst simge veya standart koşulların oluşumu anlamına gelir.

örnek

Sıvı suyun oluşum reaksiyonu göz önüne alındığında

H2 (g) + ½ O2 (g) H20 (l) ΔH ° f = -285.84 kJ / mol

Reaktifler : Hidrojen ve Oksijen, doğal hali gazdır.

Ürün : 1 mol sıvı su.

Tanıma göre oluşum entalitelerinin üretilen 1 mol bileşik için olduğu, bu nedenle önceki örnekte görüldüğü gibi reaksiyonun mümkün olduğu kadar kesirli katsayılarla ayarlanması gerektiği belirtilmelidir.

Ekzotermik ve endotermik reaksiyonlar

Kimyasal bir işlemde, reaksiyon endotermik ise formasyonun entalpisi ΔHof> 0 olabilir; bu, eğer reaksiyon sistemden ısı emisyonu ile ekzotermik ise, ortamdan ısı emer veya negativeHof <0 olur.

Ekzotermik reaksiyon

Reaktifler ürünlerden daha fazla enerjiye sahiptir.

°H ° f <0

Endotermik reaksiyon

Reaktifler ürünlerden daha düşük enerjiye sahiptir.

°H ° f> 0

Doğru bir kimyasal denklem yazmak için, molarly dengeli olmalıdır. "Maddenin korunumu yasasına" uymak için, ayrıca toplama durumu olarak bilinen reaktiflerin ve ürünlerin fiziksel durumu hakkında da bilgi içermesi gerekir.

Ayrıca, saf maddelerin sıfırdan standart koşullara ve en stabil formlarında formasyon entalpisine sahip olduğu da unutulmamalıdır.

Tepkenlerin ve ürünlerin olduğu kimyasal bir sistemde, standart şartlar altında tepkime entalitinin oluşum entalitine eşit olduğuna sahibiz.

ΔH ° rxn = ΔH ° f

Yukarıdakileri dikkate alarak şunları yapmalıyız:

ΔH ° rxn = Ürün Ürünleri Hivectivos Σnreactivos Hreactivos

Aşağıdaki hayali tepki verilen

aA + bB cC

Burada a, b, c dengeli kimyasal denklemin katsayılarıdır.

Reaksiyon entalpi ifadesi:

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

Bunu varsayarak: a = 2 mol, b = 1 mol ve c = 2 mol.

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

5H ° rxn = 2mol (-30KJ / mol) - (2mol (300KJ / mol + 1mol (-100KJ / mol) = -60KJ - (600KJ - 100KJ) = -560KJ

Δ H ° rxn = -560KJ.

Daha sonra ekzotermik bir reaksiyona karşılık gelir.

25 ° C ve 1 atm basınçta bazı inorganik ve organik kimyasal bileşiklerin oluşumu için entalpi değerleri

Entalpi hesaplama alıştırmaları

Egzersiz 1

Aşağıdaki reaksiyona göre NO2 (g) 'nin reaksiyon entalpisini bulun:

2N02 (g) + 02 (g) 2N02 (g)

Reaksiyon entalpi denklemini kullanarak, biz var:

ΔH ° rxn = Ürün Ürünleri Hivectivos Σnreactivos Hreactivos

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

Önceki bölümdeki tabloda, oksijen için oluşum entalitesinin 0 KJ / mol olduğunu görebiliriz, çünkü oksijen saf bir bileşiktir.

ΔH ° rxn = 2mol (33.18KJ / mol) - (2mol 90.25 KJ / mol + 1mol 0)

ΔH ° rxn = -114.14 KJ

Kimyasal bir sistemde tepkime entalpisini hesaplamanın başka bir yolu, 1840 yılında İsviçreli kimyager Germain Henri Hess tarafından önerilen HESS HUKUKU'dur.

Kanun şöyle der: "Reaktiflerin ürün haline geldiği kimyasal bir süreçte emilen veya yayılan enerji, bir aşamada veya birkaç aşamada gerçekleştirilirse aynıdır".

Egzersiz 2

Etan oluşturmak için asetilene hidrojen ilavesi bir aşamada gerçekleştirilebilir:

C2H2 (g) + 2H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° f = - 311.42 KJ / mol

Veya iki aşamada da gerçekleşebilir:

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

Her iki denklemi cebirsel olarak ekleyerek:

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

Egzersiz 3

(Quimitube.com sitesinden alınmıştır. Egzersiz 26. Termodinamik Hess Yasası)

10 gram etanolün yanmasında 300 KJ enerjinin serbest bırakıldığını ve 10 gram asetik asitin yanmasında 140 KJ enerji salındığını bilerek, etanolün oksidasyonunun entalpisini hesaplayın.

Problemin ifadesinde görülebileceği gibi, sadece sayısal veriler ortaya çıkar, ancak kimyasal reaksiyonlar ortaya çıkmaz, bu yüzden onları yazmak için gereklidir.

CH3CH2OH (1) + 3O2 (g) 2C02 (g) + 3 H20 (1) -H1 = -1380 KJ / mol.

Negatif entalpi değeri yazılmıştır çünkü sorun enerji salımı olduğunu söyler. Ayrıca bunların 10 gram etanol olduğunu da göz önünde bulundurmanız gerekir, bu nedenle her etanol molü için enerjiyi hesaplamanız gerekir. Bunun için aşağıdakiler yapılır:

46 g / mol'e eşit olan etanolün molar ağırlığı (atomik ağırlıkların toplamı) aranır.

8H1 = -300 KJ (46 g) etanol = -1380 KJ / mol

10 g etanol 1 mol etanol

Aynısı asetik asit için de yapılır:

CH3COOH (l) + 2O2 (g) 2C02 (g) + 2H20 (1) ΔH2 = -840 KJ / mol

Δ H2 = -140 KJ (60 g asetik asit) = -840 KJ / mol

10 g asetik asit 1 mol asetik asit.

Yukarıdaki reaksiyonlarda etanol ve asetik asitin yanmaları tarif edilmiştir, bu nedenle etanolün asetik aside oksidasyonunu sağlayan problem formülünü su üretimi ile yazmak gereklidir.

Sorunun sorduğu tepki budur. Zaten dengeli.

CH3CH2OH (1) + 02 (g) CH3COOH (1) + H20 (1) ΔH3 =?

Hess Yasasının Uygulanması

Bunu yapmak için termodinamik denklemleri cebirsel yapmak ve her denklemi doğru şekilde düzenlemek için sayısal katsayılarla çarpıyoruz. Bu, bir veya daha fazla reaktif denklemde karşılık gelen tarafta olmadığında yapılır.

İlk denklem aynı kalır çünkü etanol, sorunlu denklemin gösterdiği gibi tepkenlerin yanındadır.

İkinci denklem, -1 katsayısı ile çarpılarak reaktif olan asetik asitin ürün haline gelmesi için gereklidir.

CH3CH20H (1) + 3O2 (g) 2C02 (g) + 3H20 (1) -H1 = -1380 KJ / mol.

- CH3COOH (l) - 2O2 (g) - 2C02 (g) - 2H2O (l) ΔH2 = - (-840 KJ / mol)

CH3CH3OH + 3O2 - 02 - CH3COOH2CO2 + 3H2O2CO2

-2H2O

Cebirsel olarak eklenirler ve sonuç budur: problemde talep edilen denklem.

CH3CH30H (I) + 02 (g) CH3COOH (I) + H20 (I)

Reaksiyonun entalpisini belirleyin.

Her reaksiyonun sayısal katsayı ile çarpıldığı şekilde, entalpilerin değeri de çarpılmalıdır.

ΔH3 = 1x ΔH1 -1xΔH2 = 1x (-1380) -1x (-840)

ΔH3 = -1380 + 840 = - 540 KJ / mol