ENTALPIJA REAKCIJE: DEFINICIJA, TERMOKEMIJA, VJEŽBE - FIZIČKA - 2024

Entalpija reakcije je termodinamička funkcija koja omogućuje izračunavanje topline stečeno ili isporučuje u kemijskoj reakciji, pod uvjetom da ta reakcija se dogodila pri stalnom pritisku. Ona se definira kao unutarnja energija U plus produkt tlaka P na volumen V tvari koje sudjeluju u kemijskoj reakciji, kako slijedi: H = U + P ∙ V

Stoga entalpija ima dimenzije energije, a u Međunarodnom sustavu mjerenja mjeri se u Joulesu. Da bismo razumjeli odnos entalpije prema toplini izmjenjenoj u kemijskoj reakciji, potrebno je zapamtiti prvi zakon termodinamike koji kaže sljedeće: Q = ΔU + W

Slika 1. Pri izgaranju plina entalpija se smanjuje. Izvor: pixabay

Prvi zakon utvrđuje da je izmjenjena toplina u termodinamičkom procesu jednaka varijaciji unutarnje energije tvari koje sudjeluju u procesu plus rada tih tvari u procesu.

U bilo kojem procesu rad W se izračunava na osnovu sljedećeg odnosa:

U gornjem izrazu Vi je početni volumen, Vf krajnji volumen i P tlak. Ako se postupak izvodi pri konstantnom tlaku P, tada će dobiveni rad biti:

Gdje je ΔV promjena volumena.

Definicija

Kemijske reakcije su termodinamički procesi koji se obično odvijaju pod konstantnim tlakom i vrlo često pri atmosferskom tlaku. Ova vrsta termodinamičkog procesa naziva se "izobarična", budući da se događa pod stalnim pritiskom.

U ovom se slučaju prvi zakon termodinamike može napisati ovako:

Qp = ΔU + P ∙ ΔV

Gdje Qp označava izmjenu topline pod konstantnim tlakom. Ako je definicija entalpije H = U + P ∙ V uvedena u prethodnom izrazu, tada dobivamo:

Qp = ΔH

Dakle, pozitivna promjena entalpije ukazuje na reakciju koja je oduzela toplinu iz okoliša. Ovo je endotermička reakcija.

Naprotiv, ako je promjena entalpije negativna, to je egzotermna reakcija.

U stvari, riječ entalpija dolazi od grčke riječi enthalpien, što znači "grijati".

Entalpiju se često naziva i toplina. Ali treba biti jasno da to nije isto što i toplina, ali izmjena topline tijekom termodinamičkog procesa mijenja entalpiju.

Odnos s toplinom

Za razliku od topline, entalpija je funkcija stanja. Kada izračunavate promjenu entalpije, izračunavate razliku dviju funkcija koje ovise isključivo o stanju sustava, kao što su unutarnja energija i volumen.

ΔH = ΔU + P ∙ ΔV

Budući da tlak ostaje konstantan u reakciji, tada je entalpija reakcije funkcija stanja koja ovisi samo o unutarnjoj energiji i volumenu.

U kemijskoj reakciji entalpija reaktanata može se definirati kao zbroj količine svakog od njih; a količina proizvoda kao zbroj entalpije svih proizvoda.

Promjena entalpije u reakciji je razlika produkata umanjena za reaktante:

Slika 2. Dijagram entalpije. Izvor: self made.

U endotermičkoj reakciji entalpija produkata veća je od reaktanata; odnosno reakcija odvodi toplinu iz okoline. Suprotno tome, u egzotermnoj reakciji entalpija reaktanata je veća od one proizvoda jer reakcija daje toplinu u okoliš.

Standardna entalpija

Budući da promjena entalpije u kemijskoj reakciji može ovisiti o tlaku i temperaturi, uobičajeno je definirati standardne uvjete reakcije:

Standardna temperatura reakcije: 25 ° C.

Standardni reakcijski tlak: 1 atm = 1 bar.

Standardna entalpija je označena ovako: H °

Termokemija

U termokemijskoj jednadžbi nisu bitni samo reaktanti i proizvodi, ali i entalpija. Enthalpija se shvaća kao reakcija na promjenu koja se dogodila tijekom nje.

Kao primjer, pogledajmo sljedeće reakcije:

2 H2 (plin) + O2 (plin) → 2 H2O (tekućina); ΔH ° = -571,6 kJ (egzotermno).

H2 (plin) + (½) O2 (plin) → H2O (tekućina); ΔH ° = -285,8 kJ (egzotermno).

2 H2O (tekućina) → 2 H2 (plin) + O2 (plin); ΔH ° = +571,6 kJ (endotermično).

Entalpija je opsežna termodinamička količina

Ako su pojmovi kemijske jednadžbe pomnoženi ili podijeljeni s određenim faktorom, tada se entalpija množi ili dijeli s istim.

Ako je reakcija obrnuta, tada je i znak entalpije reakcije preokrenut.

Riješene vježbe

-Vježba 1

Acetilen-plin C2H2 dobiven je reakcijom kalcijevog karbida CaC2 koji dolazi u granuliranom obliku s vodom na sobnoj temperaturi i tlaku.

Kao podatke imamo entalpije stvaranja reaktanata:

ΔH ° (CaC2) = -59,0 kJ / mol

ΔH ° (H20) = -285,8 kJ / mol

I entalpija stvaranja proizvoda:

ΔH ° (C2H2) = +227,0 kJ / mol

ΔH ° (Ca (OH) 2) = -986,0 kJ / mol

Pronađite standardnu ​​entropiju reakcije.

Riješenje

Prvo je podići uravnoteženu kemijsku jednadžbu:

CaC2 (s) + 2H20 (l) → Ca (OH) 2 (s) + C2H2 (g)

A sada entalpije reaktanata, proizvoda i reakcija:

- reagensi: -59,0 kJ / mol -2 ∙ 285,8 kJ / mol = -630,6 kJ / mol

- Proizvodi: -986,0 kJ / mol + 227,0 kJ / mol = -759 kJ / mol

- Reakcija: ΔH ° = -759 kJ / mol - (-630 kJ / mol) = -129 kJ / mol

To je egzotermna reakcija.

-Vježba 2

Kad se u standardnim uvjetima izgara 1 litra acetilena, koliko se topline oslobađa?

Riješenje

Jednom izbalansirana reakcija izgaranja acetilena izgleda ovako:

C2H2 (g) + (5/2) O2 (g) → 2 CO2 (g) + H20 (l)

Potrebne su nam entalpije stvaranja proizvoda:

ΔH ° (CO2) = -393,5 kJ / mol

ΔH ° (H20 (l)) = -285,8 kJ / mol

Proračun entalpija

S ovim podacima možemo izračunati entalpiju proizvoda:

ΔH ° (proizvodi) = 2 * (- 393,5 kJ / mol) + (-285,8 kJ / mol) = -1072,8 kJ / mol

I entalpija stvaranja reaktanata:

ΔH ° (C2H2) = 227,0 kJ / mol

ΔH ° (O2) = 0,0 kJ / mol

Entalpija reaktanata bit će:

227,0 kJ / mol + (5/2) * 0,0 = 227,0 kJ / mol

Motalna reakcijska entalpija tada će biti: ΔH ° (proizvodi) - ΔH ° (reaktanti) = -1072,8kJ / mol - 227,0 kJ / mol = -1299,8 kJ / mol

Entalpija izgaranja

Sada moramo znati koliko molova acetilena je litra acetilena u standardnim uvjetima. Za to ćemo koristiti jednadžbu stanja idealnog plina iz koje ćemo se riješiti za broj molova.

Broj molova n = P * V / (R * T)

P = 1 atm = 1,013 x 10⁵ Pa

V = 1 l = 1,0 x 10 ^ -3 m³

R = 8,31 J / (mol * K)

T = 25 ° C = 298,15 K

n = 0,041 mol

Entalpija izgaranja 1 litre acetilena je 0,041 mol * (-1299,8 kJ / mol) = -53,13 kJ

Negativni znak ukazuje da je riječ o egzotermnoj reakciji koja oslobađa 53,13 kJ = 12,69 kcal.

Reference

1. Kesteni E. Entalpija u kemijskim reakcijama. Oporavilo od: lidiaconlaquimica.wordpress.com
2. Termokemija. Entalpija reakcije. Oporavak od: recursostic.educacion.es
3. Termokemija. Definicija standardne reakcijske entalpije. Oporavilo od: quimitube.com
4. Wikipedia. Standardna entalpija reakcije. Oporavilo sa: wikipedia.com
5. Wikipedia. Entalpija formacije. Oporavilo sa: wikipedia.com