REAKSJONSENTALPI: DEFINISJON, TERMOKJEMI, ØVELSER - FYSISK - 2025

Den entalpi på reaksjon er en termodynamisk funksjon som gjør det mulig å beregne den Dampen eller leveres i en kjemisk reaksjon, forutsatt at denne reaksjon har funnet sted ved konstant trykk. Det er definert som den indre energien U pluss produktet av trykket P av volumet V av stoffene som deltar i en kjemisk reaksjon, som følger: H = U + P ∙ V

Derfor har entalpi dimensjoner av energi, og i det internasjonale målesystemet måles det i Joules. For å forstå entalpienes forhold til varmen som utveksles i en kjemisk reaksjon, er det nødvendig å huske den første loven om termodynamikk, som sier følgende: Q = ΔU + W

Figur 1. Ved forbrenning av en gass reduseres entalpien. Kilde: pixabay

Den første loven slår fast at varmen som utveksles i en termodynamisk prosess er lik variasjonen av den indre energien til stoffene som er involvert i prosessen pluss arbeidet som er utført av disse stoffene i prosessen.

I enhver prosess beregnes arbeidet W etter følgende forhold:

I ovennevnte uttrykk er Vi det første volumet, Vf det endelige volumet og P trykket. Hvis prosessen utføres ved konstant trykk P, vil det resulterende arbeidet være:

Hvor ΔV er volumendringen.

Definisjon

Kjemiske reaksjoner er termodynamiske prosesser som vanligvis skjer ved konstant trykk og veldig ofte ved atmosfæretrykk. Denne typen termodynamiske prosesser kalles "isobarisk", siden den forekommer ved konstant trykk.

I dette tilfellet kan den første loven om termodynamikk skrives slik:

Qp = ΔU + P ∙ ΔV

Hvor Qp indikerer at varmen har blitt byttet ved konstant trykk. Hvis definisjonen av entalpi H = U + P ∙ V introduseres i det forrige uttrykket, får vi:

Qp = ΔH

Derfor indikerer en positiv entalpiendring en reaksjon som har tatt varme fra omgivelsene. Dette er en endoterm reaksjon.

Tvert imot, hvis entalpien endres er negativ, er det en eksoterm reaksjon.

Faktisk kommer ordet entalpi fra det greske ordet enthalpien, som betyr "å varme."

Enthalpy kalles også ofte varme. Men det skal være tydelig at det ikke er det samme som varme, men det er varmeutvekslingen under den termodynamiske prosessen som endrer entalpien.

Forhold til varme

I motsetning til varme, er entalpi en funksjon av staten. Når du beregner entalpiendringen, beregner du forskjellen på to funksjoner som utelukkende avhenger av systemets tilstand, for eksempel intern energi og volum.

ΔH = ΔU + P ∙ ΔV

Siden trykket forblir konstant i reaksjonen, er reaksjonens entalpi en funksjon av tilstanden som bare avhenger av den indre energien og volumet.

I en kjemisk reaksjon kan entalpien til reaktantene defineres som summen av summen av hver av dem; og det av produktene som summen av entalpien til alle produktene.

Forandringen i entalpien i en reaksjon er forskjellen på produktene minus reaktantene:

Figur 2. Enthalpy diagram. Kilde: self made.

I en endoterm reaksjon er entalpien av produktene større enn reaktantene; det vil si at reaksjonen tar varme fra omgivelsene. Tvert imot, i en eksoterm reaksjon er reaksjonenes entalpi større enn produktene, siden reaksjonen gir opp varme til omgivelsene.

Standard entalpi

Siden entalpien endres i en kjemisk reaksjon kan avhenge av trykk og temperatur, er det vanlig å definere standard reaksjonsbetingelser:

Standard reaksjonstemperatur: 25 ° C

Standard reaksjonstrykk: 1 atm = 1 bar.

Standard entalpien betegnes slik: H °

termo

I en termokjemisk ligning er det ikke bare reaktantene og produktene som betyr noe, entalpien endrer seg også. Enthalpy forstås som reaksjonen på endringen som skjedde under den.

La oss som et eksempel se på følgende reaksjoner:

2 H2 (gass) + O2 (gass) → 2 H2O (væske); ΔH ° = -571,6 kJ (eksotermisk).

H2 (gass) + (½) O2 (gass) → H2O (væske); ΔH ° = -285,8 kJ (eksotermisk).

2 H2O (væske) → 2 H2 (gass) + O2 (gass); ΔH ° = +571,6 kJ (endotermisk).

Enthalpy er en omfattende termodynamisk mengde

Hvis begrepene i en kjemisk ligning multipliseres eller deles med en viss faktor, multipliseres eller deles entalpien med den samme.

Hvis reaksjonen er reversert, blir også tegnet på reaksjonsentalpien reversert.

Løste øvelser

-Øvelse 1

Acetylengass C2H2 oppnås fra reaksjonen av kalsiumkarbid CaC2 som kommer i granulert form med vann ved omgivelsestemperatur og trykk.

Som data har vi entalpiene til dannelse av reaktantene:

ΔH ° (CaC2) = -59,0 kJ / mol

ΔH ° (H20) = -285,8 kJ / mol

Og entalpien til dannelse av produktene:

ΔH ° (C2H2) = +227,0 kJ / mol

ΔH ° (Ca (OH) 2) = -986,0 kJ / mol

Finn reaksjonens standardantropi.

Løsning

Den første tingen er å heve den balanserte kjemiske ligningen:

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

Og nå er entalpiene til reaktantene, produktene og reaksjonen:

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

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

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

Det er en eksoterm reaksjon.

-Øvelse 2

Når 1 liter acetylen blir brent under vanlige forhold, hvor mye varme frigjøres?

Løsning

Når den er balansert, ser forbrenningsreaksjonen til acetylen slik ut:

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

Vi trenger entalpiene til dannelse av produktene:

ΔH ° (CO2) = -393,5 kJ / mol

ΔH ° (H20 (l)) = -285,8 kJ / mol

Beregning av entalpier

Med disse dataene kan vi beregne entalpien til produktene:

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

Og entalpien av dannelse av reaktantene:

ΔH ° (C2H2) = 227,0 kJ / mol

ΔH ° (O2) = 0,0 kJ / mol

Reaksjonenes entalpi vil være:

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

Den molare reaksjonsentalpien vil da være: ΔH ° (produkter) - ΔH ° (reaktanter) = -1072,8 kJ / mol - 227,0 kJ / mol = -1299,8 kJ / mol

Enthalpy av forbrenning

Nå må vi vite hvor mange mol acetylen som er en liter acetylen under standardbetingelser. For dette vil vi bruke tilstandslikningen for en ideell gass, som vi vil løse for antall mol.

Antall mol 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

Forbrenningens entalpi av 1 liter acetylen er 0,041 mol * (-1299,8 kJ / mol) = -53,13 kJ

Det negative tegnet indikerer at det er en eksoterm reaksjon som frigjør 53,13 kJ = 12,69 kcal.

referanser

1. Kastanjer E. Entalpi ved kjemiske reaksjoner. Gjenopprettet fra: lidiaconlaquimica.wordpress.com
2. Termo. Enthalpy av reaksjonen. Gjenopprettet fra: recursostic.educacion.es
3. Termo. Definisjon av standard reaksjonsentalpi. Gjenopprettet fra: quimitube.com
4. Wikipedia. Standard entalpi av reaksjonen. Gjenopprettet fra: wikipedia.com
5. Wikipedia. Dannelse entalpi. Gjenopprettet fra: wikipedia.com