TIRPALO ŠILUMA: KAIP JIS APSKAIČIUOJAMAS, PROGRAMOS IR PRATIMAI - FIZINIS - 2024

Tirpalo šilumos arba entalpijos tirpalo yra šilumos, kad yra absorbuojamas arba išleistas tirpimo proceso tam tikrą tirpiklyje tirpinio metu, pagal pastoviam slėgiui būklės.

Vykstant cheminei reakcijai, reikia energijos tiek norint susiformuoti, tiek suirti ryšiams, kurie leidžia formuotis naujoms medžiagoms. Energija, tekanti šiems procesams vykti, yra šiluma, o termochemija yra mokslo šaka, atsakinga už jų tyrimą.

Šaltinis: „Pixnio“.

Kalbant apie terminą entalpija, jis naudojamas šilumos srautui nurodyti, kai cheminiai procesai vyksta pastovaus slėgio sąlygomis. Šio termino sukūrimas priskiriamas olandų fizikui Heike Kamerlingh Onnes (1853 - 1926) - tam pačiam, kuris atrado superlaidumą.

Kaip jis apskaičiuojamas?

Norėdami rasti entalpiją, turime pradėti nuo pirmojo termodinamikos dėsnio, kuris mano, kad sistemos vidinės energijos ΔU kitimas atsiranda dėl sugertos šilumos Q ir tam tikro išorinio agento atlikto darbo W:

Kur darbas yra neigiamas viso produkto tūrio integralas, kai yra slėgio ir skirtingo tūrio pokyčio produktas. Šis apibrėžimas yra lygus neigiamam jėgos skaliarinės sandaugos ir poslinkio vektoriaus neigiamam integralui mechaniniame darbe:

Kai taikoma aukščiau paminėta nuolatinio slėgio sąlyga, P gali išeiti iš integralo; todėl darbas yra:

- Entalpijos išraiška

Jei šis rezultatas pakeičiamas Δ U, gauname:

U + PV kiekis vadinamas H entalpija, kad:

Entalpija matuojama džauliais, nes tai yra energija.

Tirpalo entalpija

Pradiniai tirpalo komponentai yra tirpūs ir tirpikliai, ir jie turi originalią entalpiją. Kai šis tirpimas įvyks, jis turės savo entalpiją.

Tokiu atveju entalpijos pokytis džauliuose gali būti išreikštas taip:

Arba standartinės entalpijos forma ΔH ^o , kai rezultatas gaunamas džauliais / mol

Jei reakcija skleidžia šilumą, ΔH ženklas yra neigiamas (egzoterminis procesas), jei ji sugeria šilumą (endoterminis procesas), ženklas bus teigiamas. Natūralu, kad tirpalo entalpijos vertė priklausys nuo galutinio tirpalo koncentracijos.

Programos

Daugelis joninių junginių tirpsta poliniuose tirpikliuose, tokiuose kaip vanduo. Įprastai naudojami druskos (natrio chlorido) tirpalai vandenyje arba sūryme. Dabar sprendimo entalpiją galima laikyti dviejų energijų indėliu:

- Vienas, kad suardytų tirpių ir tirpių jungtis

- Kitas yra tas, kuris reikalingas formuojant naujas tirpiklio ir tirpiklio jungtis.

Jei joninė druska ištirpsta vandenyje, reikia žinoti vadinamąją kietosios medžiagos gardelės entalpiją ir hidratacijos entalpiją, kad vanduo būtų tirpalas. Jei tai nėra vanduo, tada jis vadinamas solvacijos entalpija.

Tinklelio entalpija yra energija, reikalinga joniniam tinklui suskaidyti ir sudaryti dujinius jonus - procesą, kuris visada yra endoterminis, nes energija turi būti tiekiama į kietąją medžiagą, kad ji galėtų atskirti į ją sudarančius jonus ir perkelti juos į dujinę būseną.

Kita vertus, hidratacijos procesai visada yra egzoterminiai, nes hidratuoti jonai yra stabilesni nei dujinės būsenos.

Tokiu būdu tirpalo sukūrimas gali būti egzoterminis ar endoterminis, atsižvelgiant į tai, ar tirpintos medžiagos joninės gardelės suskaidymas reikalauja daugiau ar mažiau energijos, nei suteikia hidratacija.

Matavimai naudojant kalorimetrą

Praktiškai ΔH galima išmatuoti kalorimetre, kurį iš esmės sudaro izoliuota talpykla su termometru ir maišymo lazdele.

Į talpyklą beveik visada pilamas vanduo, kuris yra kalorimetrinis skystis, kuris yra lygiavertis, nes jo savybės yra universali visų skysčių etalonas.

Senas kalorimetras, kurį naudojo Lavoisier. Šaltinis: Gustavocarra.

Be abejo, kad kalorimetras, be vandens, taip pat dalyvauja šilumos mainuose. Bet viso agregato šilumos talpa, vadinama kalorimetro konstanta, gali būti nustatyta atskirai nuo reakcijos ir tada į ją galima atsižvelgti vykstant.

Energijos balansas yra toks, atsimenant sąlygą, kad sistemoje nėra energijos nuotėkio:

- Susidaro skystas vanduo:

½ O ₂ + ½ H ₂ → H ₂ O _skystis ; Δ H ^O = -285,9 kJ / mol

- Dabar jūs turite suformuoti sprendimą:

_Kieta K + H ₂ O → ½ H ₂ + _vandeninis KOH ; Δ H ^O = -2011 kJ / mol

Atkreipkite dėmesį, kad KOH dezintegracijos entalpijos požymis buvo apverstas, o tai yra dėl Heso dėsnio: kai reagentai paverčiami produktais, entalpijos pokytis nepriklauso nuo atliktų žingsnių ir kada reikia lygtį apversti. , kaip ir šiuo atveju, entalpijos pokyčių ženklas.

Energijos balansas yra algebrinė entalpijų suma:

- 2 pratimas

Tirpalo entalpija sekančiai reakcijai nustatoma esant pastoviam slėgio kalorimetrui, ir žinoma, kad kalorimetro konstanta yra 342,5 J / K. Kai 1,423 g natrio sulfatu Na ₂ SO _{4 yra} ištirpinamas 100.34 g vandens, temperatūros pokytis yra 0,037 K. apskaičiuojama standartinė entalpija tirpalo Na ₂ SO ₄ iš šių duomenų.

Sprendimas

Standartinė tirpalo entalpija išspręsta iš aukščiau pateiktos lygties:

Natrio sulfatui: M _s = 142,04 g / mol; m _s = 1,423 g

O vandeniui: m _vandens = 100,34 g; M _vanduo = 18,02 g / mol; C _{vanduo; m} = 75,291 J / K mol

ΔT = 0,037 K

C _kalorimetras = 342,5 J / K

Nuorodos

1. Cengel, Y. 2012. Termodinamika. 7-asis leidinys, M.Graw Hill. 782 - 790
2. Engel, T. 2007. Fizikochemijos įvadas: Termodinamika. „Pearson Education“. 63–78.
3. Giancoli, D. 2006. Fizika: principai su taikymu. 6 .. Ed Prentice salė. 384-391.
4. Maron, S. 2002. Fizikochemijos pagrindai. Limusa. 152-155.
5. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fizika mokslui ir inžinerijai. 1 tomas. 7-asis. Ed. Cengago mokymasis. 553-567.