Innehåll
- TL; DR (för lång; läste inte)
- Definition av Enthalpy
- Enkel beräkning av entalpy förändring
- Enthalpy av fasövergångar
- Hess's Law
Förändringens entalpi är den mängd värme som absorberas eller frigörs när reaktionen äger rum, om den sker vid ett konstant tryck. Du slutför beräkningen på olika sätt beroende på den specifika situationen och vilken information du har tillgänglig. För många beräkningar är Hess lag den viktigaste informationen du behöver använda, men om du känner till produkternas och reaktanternas entalpi är beräkningen mycket enklare.
TL; DR (för lång; läste inte)
Du kan beräkna förändringar i entalpi med den enkla formeln: ∆H = HProdukter - Hreaktanter
Definition av Enthalpy
Den exakta definitionen av entalpi (H) är summan av den inre energin (U) plus produkten av tryck (P) och volym (V). I symboler är detta:
H = U + PV
En förändring i entalpi (∆H) är därför:
∆H = ∆U + ∆P∆V
Där delta-symbolen (∆) betyder "förändring i." I praktiken hålls trycket konstant och ovanstående ekvation visas bättre som:
∆H = ∆U + P∆V
För ett konstant tryck överförs emellertid förändringen i entalpin helt enkelt värmen (q):
∆H = q
Om (q) är positiv är reaktionen endotermisk (dvs absorberar värme från dess omgivningar), och om den är negativ är reaktionen exoterm (dvs frisätter värme i omgivningen). Enthalpy har enheter kJ / mol eller J / mol, eller i allmänhet energi / massa. Ekvationerna ovan är verkligen relaterade till fysiken i värmeflöde och energi: termodynamik.
Enkel beräkning av entalpy förändring
Det mest grundläggande sättet att beräkna enthalpiförändring använder entalpin för produkterna och reaktanterna. Om du känner till dessa mängder, använd följande formel för att beräkna den totala förändringen:
∆H = HProdukter - Hreaktanter
Tillsatsen av en natriumjon till en kloridjon för att bilda natriumklorid är ett exempel på en reaktion som du kan beräkna på detta sätt. Joniskt natrium har en entalpi av −239,7 kJ / mol, och kloridjon har entalpi −167,4 kJ / mol. Natriumklorid (bordsalt) har en entalpi av −411 kJ / mol. Att infoga dessa värden ger:
∆H = −411 kJ / mol - (−239,7 kJ / mol −167,4 kJ / mol)
= −411 kJ / mol - (−407.1 kJ / mol)
= −411 kJ / mol + 407,1 kJ / mol = −3,9 kJ / mol
Så bildandet av salt frisätter nästan 4 kJ energi per mol.
Enthalpy av fasövergångar
När ett ämne förändras från fast till vätska, vätska till gas eller fast till gas, är det specifika entalpier involverade i dessa förändringar. Smältningens entalpi (eller latent värme) beskriver övergången från fast till vätska (det omvända är minus detta värde och kallas fusionsentalpin), förångningens entalpi beskriver övergången från vätska till gas (och motsatsen är kondensering) och enthalpin för sublimering beskriver övergången från fast till gas (det omvända kallas återigen kondens entalpin).
För vatten är smält entalpin ∆Hsmältande = 6,007 kJ / mol. Föreställ dig att du värmer is från 250 Kelvin tills den smälter och värmer sedan vattnet till 300 K. Förändringsenheten för upphettningsdelarna är bara den värme som krävs, så du kan hitta det med:
∆H = nC∆T
Där (n) är antalet mol, (∆T) är förändringen i temperaturen och (C) är den specifika värmen. Den specifika isvärmen är 38,1 J / K mol och den specifika värmen på vatten är 75,4 J / K mol. Så beräkningen sker i några få delar. Först måste isen värmas från 250 K till 273 K (dvs −23 ° C till 0 ° C). För 5 mol is är detta:
∆H = nC∆T
= 5 mol × 38,1 J / K mol × 23 K
= 4,382 kJ
Multiplicera nu smältningens entalpi med antalet mol:
∆H = n ∆Hsmältande
= 5 mol × 6,007 kJ / mol
= 30,035 kJ
Beräkningarna för förångning är desamma, förutom med förångnings entalpin istället för den smältande. Slutligen beräkna den slutliga uppvärmningsfasen (från 273 till 300 K) på samma sätt som den första:
∆H = nC∆T
= 5 mol × 75,4 J / K mol × 27 K
= 10,179 kJ
Sammanfatta dessa delar för att hitta den totala förändringen i entalpin för reaktionen:
AHtotal = 10,179 kJ + 30,035 kJ + 4,382 kJ
= 44,596 kJ
Hess's Law
Hess lag är användbar för när reaktionen du funderar på har två eller flera delar och du vill hitta den övergripande förändringen i entalpin. Den anger att entalpinförändringen för en reaktion eller process är oberoende av vägen genom vilken den inträffar. Detta betyder att om reaktion förvandlas till substans till ett annat, spelar det ingen roll om reaktionen sker i ett steg (reaktanter blir produkter omedelbart) eller om det går igenom många steg (reaktanter blir mellanprodukter och sedan blir produkter), den resulterande entalpin förändras är samma i båda fallen.
Det hjälper vanligtvis att rita ett diagram (se Resurser) för att hjälpa dig att använda denna lag. Ett exempel är om du börjar med sex mol kol kombinerat med tre väte, de förbränner för att kombinera med syre som ett mellansteg och sedan bildar bensen som en slutprodukt.
Hess 'lag säger att förändringen i entalpin av reaktionen är summan av förändringarna i entalpin av båda delarna. I detta fall har förbränningen av en mol kol ∆H = −394 kJ / mol (detta händer sex gånger i reaktionen), förändringen i entalpi för förbränning av en mol vätgas är ∆H = −286 kJ / mol (detta händer tre gånger) och koldioxid- och vattenförmedlarna blir bensen med en entalpiförändring av ∆H = +,267 kJ / mol.
Ta summan av dessa förändringar för att hitta den totala entalpinförändringen, kom ihåg att multiplicera var och en med antalet mol som behövs i reaktionens första steg:
AHtotal = 6×(−394) + 3×(−286) +3,267
= 3,267 − 2,364 - 858
= 45 kJ / mol