REAKCIJOS ENTALPIJA: APIBRĖŽIMAS, TERMOCHEMIJA, PRATIMAI - FIZINIS - 2025

Reakcijos entalpija yra termodinaminė funkcija, kuri leidžia apskaičiuoti šilumos įgytą arba pristatant į cheminės reakcijos, su sąlyga, kad ši reakcija įvyko esant pastoviam slėgiui. Tai apibrėžiama kaip vidinė energija U ir slėgio P sandauga pagal cheminėje reakcijoje dalyvaujančių medžiagų tūrį V: H = U + P ∙ V

Todėl entalpija turi energijos matmenis, o Tarptautinėje matavimų sistemoje ji matuojama džauliais. Norint suprasti entalpijos santykį su šiluma, kuria keičiasi cheminė reakcija, būtina atsiminti pirmąjį termodinamikos dėsnį, kuriame teigiama: Q = ΔU + W

1 pav. Degant dujoms entalpija sumažėja. Šaltinis: pixabay

Pirmasis įstatymas nustato, kad šiluma, kuria keičiamasi termodinaminiame procese, yra lygi procese dalyvaujančių medžiagų vidinės energijos kitimui plius šių medžiagų nuveiktas procesas.

Bet kuriame procese darbas W apskaičiuojamas pagal šį santykį:

Aukščiau pateiktoje išraiškoje Vi yra pradinis tūris, Vf - galutinis tūris ir P - slėgis. Jei procesas vykdomas esant pastoviam slėgiui P, darbas bus toks:

Kur ΔV yra tūrio pokytis.

Apibrėžimas

Cheminės reakcijos yra termodinaminiai procesai, kurie paprastai vyksta esant pastoviam slėgiui ir labai dažnai esant atmosferos slėgiui. Šis termodinaminis procesas vadinamas „izobariniu“, nes jis vyksta esant pastoviam slėgiui.

Tokiu atveju pirmasis termodinamikos dėsnis gali būti parašytas taip:

Qp = ΔU + P ∙ ΔV

Kur Qp rodo, kad šiluma buvo keičiama esant pastoviam slėgiui. Jei entalpijos H = U + P ∙ V apibrėžimas pateiktas ankstesnėje išraškoje, tada gauname:

Qp = ΔH

Taigi teigiamas entalpijos pokytis rodo reakciją, kuri paėmė šilumą iš aplinkos. Tai yra endoterminė reakcija.

Priešingai, jei entalpijos pokytis yra neigiamas, tai yra egzoterminė reakcija.

Tiesą sakant, žodis entalpija kilęs iš graikų kalbos žodžio enthalpien, reiškiančio „šildyti“.

Entalpija taip pat dažnai vadinama šiluma. Tačiau turėtų būti aišku, kad tai nėra tas pats, kas šiluma, o būtent šilumos mainai termodinaminio proceso metu keičia entalpiją.

Ryšys su šiluma

Skirtingai nuo šilumos, entalpija yra būsenos funkcija. Kai apskaičiuojate entalpijos pokytį, jūs apskaičiuojate dviejų funkcijų, kurios priklauso tik nuo sistemos būsenos, pavyzdžiui, vidinės energijos ir tūrio, skirtumą.

ΔH = ΔU + P ∙ ΔV

Kadangi slėgis reakcijoje išlieka pastovus, tada reakcijos entalpija yra būsenos funkcija, priklausanti tik nuo vidinės energijos ir tūrio.

Atliekant cheminę reakciją, reagentų entalpiją galima apibrėžti kaip kiekvieno iš jų sumą; o produktų - kaip visų produktų entalpijos sumą.

Entalpinis reakcijos pokytis yra produktų skirtumas atėmus reagentų skirtumą:

2 pav. Entalpijos schema. Šaltinis: pačių sukurtas.

Vykdant endoterminę reakciją, produktų entalpija yra didesnė nei reagentų; tai yra, reakcija paima šilumą iš aplinkos. Atvirkščiai, egzoterminės reakcijos metu reagentų entalpija yra didesnė nei produktų, nes reakcija atiduoda šilumą aplinkai.

Standartinė entalpija

Kadangi entalpijos pokytis cheminėje reakcijoje gali priklausyti nuo slėgio ir temperatūros, įprasta apibrėžti standartines reakcijos sąlygas:

Standartinė reakcijos temperatūra: 25 ° C.

Standartinis reakcijos slėgis: 1 atm = 1 bar.

Standartinė entalpija žymima taip: H °

Termochemija

Termocheminėje lygtyje svarbu ne tik reagentai ir produktai, bet ir entalpijos pokytis. Entalpija suprantama kaip reakcija į jos metu vykusį pasikeitimą.

Kaip pavyzdį pažiūrėkime į šias reakcijas:

2 H2 (dujos) + O2 (dujos) → 2 H2O (skystas); ΔH ° = -571,6 kJ (egzoterminė).

H2 (dujos) + (½) O2 (dujos) → H2O (skystas); ΔH ° = -285,8 kJ (egzoterminė).

2 H2O (skystas) → 2 H2 (dujos) + O2 (dujos); ΔH ° = +571,6 kJ (endoterminė).

Entalpija yra didelis termodinaminis kiekis

Jei cheminės lygties terminai yra padauginti arba padalyti iš tam tikro koeficiento, tada entalpija yra padauginta arba padalyta iš to paties.

Jei reakcija yra atvirkštinė, tada reakcijos entalpijos požymis taip pat yra priešingas.

Išspręsta mankšta

- 1 pratimas

C2H2 acetileno dujos gaunamos granuliuoto kalcio karbido CaC2 reakcijai esant kambario temperatūros ir slėgio vandenyje.

Kaip duomenys turime reagentų susidarymo entalpijas:

ΔH ° (CaC2) = -59,0 kJ / mol

HH ° (H20) = -285,8 kJ / mol

Produktų formavimo entalpija:

HH ° (C2H2) = +227,0 kJ / mol

HH ° (Ca (OH) 2) = -986,0 kJ / mol

Raskite standartinę reakcijos entropiją.

Sprendimas

Pirmas dalykas yra iškelti subalansuotą cheminę lygtį:

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

O dabar reagentų, produktų ir reakcijos entalpijos:

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

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

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

Tai egzoterminė reakcija.

- 2 pratimas

Kai standartinėmis sąlygomis sudeginamas 1 litras acetileno, kiek šilumos išsiskiria?

Sprendimas

Po subalansuotos acetileno degimo reakcija atrodo taip:

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

Mums reikalingi produktų formavimo entalpiai:

ΔH ° (CO2) = -393,5 kJ / mol

ΔH ° (H2O (l)) = -285,8 kJ / mol

Entalpijų skaičiavimas

Remdamiesi šiais duomenimis galime apskaičiuoti produktų entalpiją:

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

O reagentų susidarymo entalpija:

ΔH ° (C2H2) = 227,0 kJ / mol

ΔH ° (O2) = 0,0 kJ / mol

Reagentų entalpija bus:

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

Tada molinės reakcijos entalpija bus: ΔH ° (produktai) - ΔH ° (reaktantai) = -1072,8 kJ / mol - 227,0 kJ / mol = -1299,8 kJ / mol

Degimo entalpija

Dabar mes turime žinoti, kiek acetileno molių yra litras acetileno standartinėmis sąlygomis. Tam naudosime idealių dujų būklės lygtį, iš kurios išspręsime molių skaičių.

Apgamų skaičius 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

1 litro acetileno degimo entalpija yra 0,041 mol * (-1299,8 kJ / mol) = -53,13 kJ

Neigiamas ženklas rodo, kad tai yra egzoterminė reakcija, išskirianti 53,13 kJ = 12,69 kcal.

Nuorodos

1. Kaštonai E. Entalpija cheminėse reakcijose. Atkurta iš: lidiaconlaquimica.wordpress.com
2. Termochemija. Reakcijos entalpija. Atkurta iš: recursostic.educacion.es
3. Termochemija. Standartinės reakcijos entalpijos apibrėžimas. Atkurta iš: quimitube.com
4. Vikipedija. Standartinė reakcijos entalpija. Atkurta iš: wikipedia.com
5. Vikipedija. Formavimo entalpija. Atkurta iš: wikipedia.com