- Kako se izračunava?
- -Ekspresija za entalpiju
- Entalpija rješenja
- Prijave
- Mjerenja kalorimetrom
- -Vježba 2
- Riješenje
- Reference
Toplina otopine ili entalpija otopina je toplina koja apsorbira ili oslobođen tijekom procesa otapanja određene količine otopljene tvari u otapalu, uz uvjet konstantnom tlaku.
Kad se dogodi kemijska reakcija, potrebna je energija i za stvaranje i za prekid veza koje omogućuju stvaranje novih tvari. Energija koja teče da bi se ti procesi odvijali je toplina, a termokemija je grana znanosti koja je odgovorna za njihovo proučavanje.
Izvor: Pixnio.
Što se tiče termina entalpija, on se koristi za označavanje toplinskog toka kada se kemijski procesi odvijaju pod uvjetima konstantnog tlaka. Stvaranje ovog termina pripisuje se nizozemskom fizičaru Heike Kamerlingh Onnes (1853. - 1926.), istom onom koji je otkrio supravodljivost.
Kako se izračunava?
Da bismo pronašli entalpiju, moramo krenuti od prvog zakona termodinamike koji smatra da je varijacija unutarnje energije ΔU sustava posljedica apsorbirane topline Q i rada W koji na njemu radi neki vanjski agent:
Ako je rad negativan integral nad cijelim volumenom proizvodom tlaka i diferencijalne promjene volumena. Ova je definicija jednaka negativnom integralu skalarnog produkta sile i vektora pomaka u mehaničkom radu:
Kad se primijeni gore spomenuti uvjet konstantnog tlaka, P može izaći iz integralnog; stoga je posao sljedeći:
-Ekspresija za entalpiju
Ako je ovaj rezultat supstituiran u Δ U, dobivamo:
Količina U + PV naziva se entalpija H, tako da:
Entalpija se mjeri u džulima, jer je to energija.
Entalpija rješenja
Početna komponenta otopine je rastvarač i otapalo, a oni imaju izvornu entalpiju. Kad se dogodi ovo otapanje, imat će svoju entalpiju.
U tom se slučaju entalpijska promjena u džulovima može izraziti kao:
Ili u standardnom entalpijskom obliku ΔH o, gdje je rezultat u joule / mol
Ako reakcija odaje toplinu, znak ΔH je negativan (egzotermni proces), ako apsorbira toplinu (endotermički proces), znak će biti pozitivan. I naravno, vrijednost entalpije otopine ovisit će o koncentraciji konačne otopine.
Prijave
Mnogi ionski spojevi su topljivi u polarnim otapalima, poput vode. Otopine soli (natrijev klorid) u vodi ili slanoj otopini su uobičajena. Sada se entalpija rješenja može smatrati doprinos dvije energije:
- Jedan za prekid veza topljivih i otapala
- Drugi je potreban za stvaranje novih topljenih i otapala veza.
U slučaju otapanja ionske soli u vodi, potrebno je poznavati tzv rešetkastu entalpiju krute tvari i entalpiju hidratacije za stvaranje otopine, u slučaju vode. Ako nije voda, onda se to naziva entalpija solvacije.
Entalpija rešetke je energija potrebna za razbijanje ionske rešetke i formiranje plinovitih iona, proces koji je uvijek endotermičan, budući da se krutina mora opskrbiti energijom kako bi je razdvojila u ionate sastavne ione i dovela u plinovito stanje.
S druge strane, procesi hidracije uvijek su egzotermni, jer su hidratizirani ioni stabilniji od iona u plinovitom stanju.
Na taj način, stvaranje otopine može biti egzotermno ili endotermično, ovisno o tome zahtijeva li propadanje ionske rešetke rastvora više ili manje energije nego što hidratacija pruža.
Mjerenja kalorimetrom
U praksi je moguće izmjeriti ΔH u kalorimetru, koji se u osnovi sastoji od izolirane posude opremljene termometrom i miješalicom.
Što se tiče spremnika, u njega se gotovo uvijek izlije voda, što je kalorimetrijska tekućina par excellence, jer su njegova svojstva univerzalna referenca za sve tekućine.
Stari kalorimetar koji koristi Lavoisier. Izvor: Gustavocarra.
Naravno, materijali kalorimetra osim vode uključuju i izmjenu topline. Ali toplinski kapacitet cjeline, nazvan konstantom kalorimetra, može se odrediti odvojeno od reakcije, a zatim uzeti u obzir kada se reakcija odvija.
Energetska bilanca je sljedeća, imajući na umu da u sustavu nema curenja energije:
- Tečna voda se formira:
½ O 2 + ½ H 2 → H 2 O tekućina; Δ H O = -285,9 kJ / mol
- Sada morate oblikovati rješenje:
Krutina K + H 2 O → ½ H 2 + vodeni KOH; Δ H o = -2011 kJ / mol
Imajte na umu da je znak entalpije raspada KOH obrnut, što je posljedica Hessovog zakona: kada se reaktanti pretvaraju u proizvode, promjena entalpije ne ovisi o slijedećim koracima i kada jednadžbu treba obrnuti, kao i u ovom slučaju, entalpija mijenja znak.
Energetska bilanca je algebrski zbroj entalpija:
-Vježba 2
Entalpija otopine za sljedeću reakciju određena je u kalorimetru sa stalnim pritiskom, a poznata je konstanta kalorimetra 342,5 J / K. Kada 1,423 g natrijevog sulfata Na 2 SO 4 se otopi u 100,34 g vode, te je promjena temperature 0,037 K. Izračun standardni entalpija otopinu Na 2 SO 4 od tih podataka.
Riješenje
Standardna entalpija rješenja je riješena iz gornje jednadžbe:
Za natrijevog sulfata: M s = 142,04 g / mol; m s = 1.423 g
A za vodu: m voda = 100,34 g; M voda = 18,02 g / mol; C voda; m = 75,291 J / K mol
Δ T = 0,037 K
C kalorimetar = 342,5 J / K
Reference
- Cengel, Y. 2012. Termodinamika. 7. izd. Mc.Graw Hill. 782 - 790
- Engel, T. 2007. Uvod u fizikohemiju: Termodinamika. Pearson Education. 63-78.
- Giancoli, D. 2006. Fizika: Načela s primjenama. 6… dvorana Ed Prentice. 384-391.
- Maron, S. 2002. Osnove fizikohemije. Limusa. 152-155.
- Serway, R., Jewett, J. (2008). Fizika za znanost i inženjerstvo. Svezak 1. 7. Ed. Cengage Learning. 553-567.