Hvordan beregne endalpyendring

Innhold

• TL; DR (for lang; ikke lest)
• Definisjon av Enthalpy
• Enkel beregning av enthalpy Change
• Enthalpy av faseoverganger
• Hess's Law

Entralitetsendringen av en reaksjon er mengden varme som absorberes eller frigjøres når reaksjonen finner sted, hvis den skjer ved et konstant trykk. Du fullfører beregningen på forskjellige måter, avhengig av den spesifikke situasjonen og hvilken informasjon du har tilgjengelig. For mange beregninger er Hess lov den viktigste informasjonen du trenger å bruke, men hvis du vet entalpien til produktene og reaktantene, er beregningen mye enklere.

TL; DR (for lang; ikke lest)

Du kan beregne forandringer i entalpi ved å bruke den enkle formelen: ∆H = H_Produkter - H_reagenser

Definisjon av Enthalpy

Den nøyaktige definisjonen av entalpi (H) er summen av den indre energien (U) pluss produktet av trykk (P) og volum (V). I symboler er dette:

H = U + PV

En endring i entalpi (∆H) er derfor:

∆H = ∆U + ∆P∆V

Hvor delta-symbolet (∆) betyr "endring i." I praksis holdes trykket konstant og likningen ovenfor vises bedre som:

∆H = ∆U + P∆V

For et konstant trykk overføres imidlertid entalpien ganske enkelt varmen (q) som overføres:

∆H = q

Hvis (q) er positiv, er reaksjonen endotermisk (dvs. absorberer varme fra omgivelsene), og hvis den er negativ, er reaksjonen eksoterm (dvs. frigjør varme i omgivelsene). Enthalpy har enheter av kJ / mol eller J / mol, eller generelt energi / masse. Ligningene ovenfor er virkelig relatert til fysikken i varmestrøm og energi: termodynamikk.

Enkel beregning av enthalpy Change

Den mest grunnleggende måten å beregne entalpiendring bruker entalpien til produktene og reaktantene. Hvis du kjenner til disse mengdene, bruk følgende formel for å finne ut den generelle endringen:

∆H = H_Produkter - H_reagenser

Tilsetningen av et natriumion til et kloridion for å danne natriumklorid er et eksempel på en reaksjon du kan beregne på denne måten. Ionisk natrium har en entalpi på -239,7 kJ / mol, og kloridion har entalpi −167,4 kJ / mol. Natriumklorid (bordsalt) har en entalpi på −411 kJ / mol. Å sette inn disse verdiene gir:

∆H = −411 kJ / mol - (−239,7 kJ / mol −167,4 kJ / mol)

= −411 kJ / mol - (−407.1 kJ / mol)

= −411 kJ / mol + 407,1 kJ / mol = −3,9 kJ / mol

Dermed frigjør saltdannelse nesten 4 kJ energi per mol.

Enthalpy av faseoverganger

Når et stoff skifter fra faststoff til væske, væske til gass eller faststoff til gass, er det spesifikke entalpier involvert i disse endringene. Smeltingens entalpi (eller latent varme) beskriver overgangen fra faststoff til væske (det motsatte er minus denne verdien og kalles fusjonsentalpien), fordampings entalpien beskriver overgangen fra væske til gass (og motsatt er kondensering) og entalpien av sublimering beskriver overgangen fra faststoff til gass (det motsatte kalles igjen kondens entalpien).

For vann er entalpien til smelting ∆H_smelte = 6,007 kJ / mol. Se for deg at du varmer is fra 250 Kelvin til den smelter, og deretter varme opp vannet til 300 K. Entalpien endres for oppvarmingsdelene er bare den varmen som kreves, slik at du kan finne det ved å bruke:

∆H = nC∆T

Hvor (n) er antall mol, er ((T) endringen i temperaturen og (C) er den spesifikke varmen. Den spesifikke isvarmen er 38,1 J / K mol og den spesifikke varmen til vann er 75,4 J / K mol. Så beregningen foregår i noen få deler. Først må isen varmes opp fra 250 K til 273 K (dvs. −23 ° C til 0 ° C). For 5 mol is er dette:

∆H = nC∆T

= 5 mol × 38,1 J / K mol × 23 K

= 4,382 kJ

Multipliser nå smelteentalpien med antall føflekker:

∆H = n ∆H_smelte

= 5 mol × 6,007 kJ / mol

= 30,035 kJ

Beregninger for fordampning er de samme, bortsett fra med fordampingsentalpien i stedet for den smeltende. Beregn til slutt sluttvarmefasen (fra 273 til 300 K) på samme måte som den første:

∆H = nC∆T

= 5 mol × 75,4 J / K mol × 27 K

= 10,179 kJ

Sum disse delene for å finne den totale endringen i entalpi for reaksjonen:

AH_Total = 10,179 kJ + 30,035 kJ + 4,382 kJ

= 44,596 kJ

Hess's Law

Hess lov er nyttig når reaksjonen du vurderer har to eller flere deler, og du vil finne den generelle endringen i entalpi. Den sier at entalpien endres for en reaksjon eller prosess er uavhengig av ruten den kommer gjennom. Dette betyr at hvis reaksjon forvandles på et stoff til et annet, spiller det ingen rolle om reaksjonen skjer i ett trinn (reaktanter blir produkter umiddelbart) eller om den går gjennom mange trinn (reaktanter blir mellomprodukter og blir til produkter), den resulterende entalpien endres er det samme i begge tilfeller.

Det hjelper vanligvis å tegne et diagram (se Ressurser) som hjelper deg å bruke denne loven. Et eksempel er at hvis du starter med seks mol karbon kombinert med tre hydrogen, forbrenner de for å kombinere med oksygen som et mellomledd og deretter danner benzen som sluttprodukt.

Hess 'lov sier at endringen i entalpien av reaksjonen er summen av endringene i entalpien fra begge deler. I dette tilfellet har forbrenningen av en mol karbon ∆H = −394 kJ / mol (dette skjer seks ganger i reaksjonen), endringen i entalpi for forbrenningen av en mol hydrogengass er ∆H = −286 kJ / mol (dette skjer tre ganger), og karbondioksid- og vannformidlerne blir benzen med en entalpiendring på ∆H = +2667 kJ / mol.

Ta summen av disse endringene for å finne den totale entalpiendringen, og husk å multiplisere hver med antall føflekker som trengs i det første trinnet av reaksjonen:

AH_Total = 6×(−394) + 3×(−286) +3,267

= 3,267 − 2,364 - 858

= 45 kJ / mol