Что такое энтальпия?

entalpia это мера количества энергии, содержащейся в теле (системе), которое имеет объем, находится под давлением и может быть заменено окружающей средой. Он представлен буквой H. Физическая единица, связанная с ним, - июль (J = кгм2 / с2).

Математически это можно выразить следующим образом:

H = U + PV

где:

H = энтальпия

U = внутренняя энергия системы

P = давление

V = объем

Если и U, и P, и V являются функциями состояния, H тоже будет. Это связано с тем, что в данный момент могут быть заданы конечные и начальные условия переменной, которая будет изучаться в системе..

индекс

• 1 Что такое энтальпия тренировки?
  • 1.1 Пример
  • 1.2 Экзотермические и эндотермические реакции
• 2 упражнения для расчета энтальпии
  • 2.1 Упражнение 1
  • 2.2 Упражнение 2
  • 2.3 Упражнение 3
• 3 Ссылки

Что такое энтальпия тренировки?

Это тепло, поглощаемое или выделяемое системой, когда 1 моль продукта вещества вырабатывается из его элементов в их нормальном агрегатном состоянии; твердое, жидкое, газообразное, растворяющееся или в более стабильном аллотропном состоянии.

Наиболее стабильным аллотропным состоянием углерода является графит, в дополнение к тому, что он находится при нормальных условиях давления 1 атмосфера и температура 25 ° C..

Обозначается как ΔH ° f. Таким образом:

ΔH ° f = конечный H - начальный H

Δ: греческая буква, которая символизирует изменение или изменение энергии конечного и начального состояния. Нижний индекс f означает формирование соединения и верхний индекс или стандартные условия..

пример

Учитывая реакцию образования жидкой воды

H2 (г) + ½ O2 (г) H2O (л) ΔH ° f = -285,84 кДж / моль

реагенты: Водород и кислород, его природное состояние газообразное.

продукт: 1 моль жидкой воды.

Следует отметить, что энтальпии образования в соответствии с определением относятся к 1 молю полученного соединения, поэтому реакцию необходимо скорректировать, если возможно, с помощью дробных коэффициентов, как видно из предыдущего примера..

Экзотермические и эндотермические реакции

В химическом процессе энтальпия образования может быть положительной ΔHof> 0, если реакция является эндотермической, то есть она поглощает тепло из среды или отрицательной ΔHof<0 si la reacción es exotérmica con emisión de calor desde el sistema.

Экзотермическая реакция

Реагенты имеют больше энергии, чем продукты.

ΔH ° f <0

Эндотермическая реакция

Реагенты имеют меньшую энергию, чем продукты.

ΔH ° f> 0

Чтобы правильно написать химическое уравнение, оно должно быть молярно сбалансировано. Чтобы соответствовать «Закону о сохранении вещества», он также должен содержать информацию о физическом состоянии реагентов и продуктов, известную как агрегатное состояние..

Следует также иметь в виду, что чистые вещества имеют энтальпию образования от нуля до стандартных условий и в их наиболее стабильной форме.

В химической системе, где есть реагенты и продукты, мы имеем, что энтальпия реакции равна энтальпии образования в стандартных условиях.

ΔH ° rxn = ΔH ° f

Учитывая вышеизложенное, мы должны:

ΔH ° rxn = Σnproductos Hivectivos Σnreactivos Hreactivos

Учитывая следующую фиктивную реакцию

АА + ВВ БК

Где a, b, c - коэффициенты сбалансированного химического уравнения.

Выражение для энтальпии реакции:

ΔH ° rxn = c ΔH ° f C (a ΔH ° f A + b ΔH ° f B)

Предполагая, что: а = 2 моль, б = 1 моль и с = 2 моль.

ΔH ° f (A) = 300 кДж / моль, ΔH ° f (В) = -100 кДж / моль, ΔH ° f (С) = -30 кДж. Рассчитать ΔH ° rxn

ΔH ° rxn = 2 моль (-30 кДж / моль) - (2 моль (300 кДж / моль + 1 моль (-100 кДж / моль) = -60 кДж - (600 кДж - 100 кДж) = -560 кДж

ΔH ° rxn = -560 кДж.

Соответствует тогда экзотермической реакции.

Значения энтальпии для образования некоторых неорганических и органических химических соединений при 25 ° С и давлении 1 атм

Упражнения для расчета энтальпии

Упражнение 1

Найти энтальпию реакции NO2 (г) по следующей реакции:

2NO (г) + O2 (г) 2NO2 (г)

Используя уравнение для энтальпии реакции, имеем:

ΔH ° rxn = Σnproductos Hivectivos Σnreactivos Hreactivos

ΔH ° rxn = 2 моль (ΔH ° f NO2) - (2 моль ΔH ° f NO + 1 моль ΔH ° f O2)

В таблице в предыдущем разделе мы видим, что энтальпия образования для кислорода составляет 0 кДж / моль, потому что кислород является чистым соединением.

ΔH ° rxn = 2 моль (33,18 кДж / моль) - (2 моль 90,25 кДж / моль + 1 моль 0)

ΔH ° rxn = -114,14 кДж

Другой способ вычислить энтальпию реакции в химической системе - это закон Гесса, предложенный швейцарским химиком Жерменом Анри Хессом в 1840 году..

Закон гласит: «Энергия, поглощаемая или выделяемая в химическом процессе, в котором реагенты становятся продуктами, одинакова, если она осуществляется в одну стадию или в несколько».

Упражнение 2

Добавление водорода к ацетилену с образованием этана может быть осуществлено в одну стадию:

C2H2 (г) + 2H2 (г) H3CCH3 (г) ΔH ° f = - 311,42 кДж / моль

Или это также может происходить в два этапа:

C2H2 (г) + H2 (г) H2C = CH2 (г) ΔH ° f = - 174,47 кДж / моль

H2C = CH2 (г) + H2 (г) H3CCH3 (г) ΔH ° f = - 136,95 кДж / моль

Добавляя оба уравнения алгебраически, мы имеем:

C2H2 (г) + H2 (г) H2C = CH2 (г) ΔH ° f = - 174,47 кДж / моль

H2C = CH2 (г) + H2 (г) H3CCH3 (г) ΔH ° f = - 136,95 кДж / моль

C2H2 (г) + 2H2 (г) H3CCH3 (г) ΔH ° rxn = 311,42 кДж / моль

Упражнение 3

(Взято с quimitube.com. Упражнение 26. Термодинамика, закон Гесса)

Рассчитайте энтальпию окисления этанола, чтобы дать в виде уксусной кислоты и воды продукты, зная, что при сгорании 10 г этанола выделяется 300 кДж энергии, а при сгорании 10 г уксусной кислоты высвобождается 140 кДж энергии.

Как видно из постановки задачи, появляются только числовые данные, а химических реакций не возникает, поэтому их необходимо записывать..

CH3CH2OH (л) + 3O2 (г) 2CO2 (г) +3 H2O (л) ΔH1 = -1380 кДж / моль.

Значение отрицательной энтальпии записывается, потому что проблема говорит о наличии выделения энергии. Вы также должны учитывать, что это 10 граммов этанола, поэтому вы должны рассчитать энергию для каждого моля этанола. Для этого сделано следующее:

Требуется молярная масса этанола (сумма атомных весов), равная 46 г / моль..

H1 = -300 кДж (46 г), этанол = - 1380 кДж / моль

10 г этанола 1 моль этанола

То же самое сделано для уксусной кислоты:

CH3COOH (л) + 2O2 (г) 2CO2 (г) + 2 H2O (л) ΔH2 = -840 кДж / моль

H2 = -140 кДж (60 г уксусной кислоты) = - 840 кДж / моль

10 г уксусной кислоты на 1 моль уксусной кислоты.

В приведенных выше реакциях описано сжигание этанола и уксусной кислоты, поэтому необходимо написать формулу задачи, которая заключается в окислении этанола в уксусную кислоту с образованием воды..

Это реакция, которую требует проблема. Это уже сбалансировано.

CH3CH2OH (l) + O2 (г) CH3COOH (l) + H2O (l) ΔH3 = ?

Применение закона Гесса

Для этого мы умножаем термодинамические уравнения на числовой коэффициент, чтобы сделать их алгебраическими и правильно организовать каждое уравнение. Это делается, когда один или несколько реагентов не находятся на соответствующей стороне в уравнении.

Первое уравнение остается тем же, потому что этанол находится на стороне реагентов, как указано в уравнении задачи.

Второе уравнение необходимо умножить на коэффициент -1 таким образом, чтобы уксусная кислота, которая является реакционноспособной, могла стать продуктом.

CH3CH2OH (л) + 3O2 (г) 2CO2 (г) + 3H2O (л) ΔH1 = -1380 кДж / моль.

- CH3COOH (л) - 2O2 (г) - 2CO2 (г) - 2H2O (л) ΔH2 = - (-840 кДж / моль)

CH3CH3OH + 3O2 -2O2 - CH3COOH 2CO2 + 3H2O -2CO2

-2H2O

Они добавляются алгебраически, и это результат: уравнение, запрошенное в задаче.

CH3CH3OH (л) + O2 (г) CH3COOH (л) + H2O (л)

Определить энтальпию реакции.

Таким же образом, как каждая реакция, умноженная на числовой коэффициент, значение энтальпии также должно быть умножено

ΔH3 = 1x ΔH1 -1xΔH2 = 1x (-1380) -1x (-840)

ΔH3 = -1380 + 840 = - 540 кДж / моль

ΔH3 = - 540 кДж / моль.

В предыдущем упражнении этанол представляет две реакции: горение и окисление..

В каждой реакции сгорания происходит образование CO2 и H2O, в то время как при окислении первичного спирта, такого как этанол, образуется уксусная кислота.

ссылки

1. Седрон, Хуан Карлос, Виктория Ланда, Хуана Роблес (2011). Общая химия Учебный материал Лима: Папский университет Католика дель Перу.
2. Химия. Libretexts. Термохимия. Взято с hem.libretexts.org.
3. Левин И. Физикохимия. vol.2.