Определение за моларна енталпия на топене

Моларната енталпия на топене , понякога наричана още моларна топлина на топене, е промяната на енталпията на фазовата промяна от твърдо в течно състояние на един мол вещество при неговата точка на топене . Тъй като промяната на енталпията е еквивалентна на топлината на процес, извършван при постоянно налягане, можем също да дефинираме моларната енталпия на синтеза като количеството топлина, необходимо за преминаване на един мол вещество от твърдо състояние в течно състояние при неговото топене точка и постоянно налягане.

Тази енталпия е интензивно свойство на материята, така че зависи единствено от нейния състав, а не от количеството на пробата, с която се работи, нито от разширението или размера на системата. С други думи, това е характерно свойство на всеки материал и обикновено се отнася за чисти вещества.

Например, енталпията на топене на вода при налягане от 1 atm е 6,02 kJ/mol, което означава, че са необходими 6,02 kJ, за да се стопят или стопят 18 g твърда вода или лед (маса, съответстваща на един мол вода), които са при 0°C и по този начин ги превръща в 18 g течна вода, също при 0°C.

Символ за моларна енталпия на синтез

С течение на времето са съществували различни начини за представяне на моларните енталпии, включително моларната енталпия на синтеза. Универсално приетият символ за енталпия е H. Това е функция на състоянието, дефинирана от разликата между вътрешната енергия на системата и фотоволтаичния продукт; с други думи, H = U – PV. Въпреки това, когато говорим за енталпията на процес като термоядрен синтез, а не на вещество, тогава наистина имаме предвид промяна в енталпията на системата като следствие от споменатия процес. Поради тази причина в тези случаи символът за енталпия всъщност е ΔH.

Тъй като това е енталпията на процеса на синтез, fo „fus“ се добавя като долен индекс, което е ΔH _fus (въпреки че f се използва рядко, тъй като може да бъде объркано с енталпията на образуване, което е различно понятие). И накрая, има два начина, по които обикновено се посочва, че енталпията е моларна. По-рано беше обичайно да се поставя лента над символа. Въпреки това, поради различни причини, този начин за представяне на моларни термодинамични количества е неадекватен, така че буквата m (за молар) беше заменена с добавянето като долен индекс, отделен от долния индекс на процеса със запетая. Това означава, че понастоящем приетият символ за моларната енталпия на синтеза е:

Стандартната моларна енталпия на топене

Когато налягането, при което се измерва моларната енталпия, е стандартното налягане от 1 atm (или 1 bar, в зависимост от използваната конвенция) и процесът на промяна на фазата протича при нормалната точка на топене (която съответства на точката на топене при стандартно налягане) , тогава се нарича стандартна моларна енталпия на топене, която се обозначава чрез добавяне на 0 като показател към символа на енталпията.

Единици за моларна енталпия на топене

Единиците за моларна енталпия на топене са [енергия]/[mol] или, което е същото, [енергия] [mol] ^-1 . Тези единици зависят от системата от единици, в която работите. Ето някои примери за единици, които обикновено се използват в различни области:

• SI единиците са J/mol или J.mol ^-1 .
• kJ/mol или kJ.mol ^-1 (тези единици са много често срещани предвид порядъка на големината на повечето моларни енталпии на синтез).
• cal/mol или cal.mol ^-1 .
• kcal/mol или kcal.mol ^-1 или какво е същото Cal/mol или Cal.mol ^-1 (тези единици са много често срещани предвид порядъка на големината на повечето моларни енталпии на синтез).
• BTU/mol или BTU.mol ^-1 (често се използва в инженерството).

Моларната енталпия на топене спрямо латентната топлина на топене

Относително често срещана грешка е моларната енталпия на топене да се бърка със скритата топлина на топене. Причината е проста: и двете се отнасят до количеството топлина, необходимо за стопяване или разтопяване на твърдо вещество, и в двата случая промяната на фазата настъпва при постоянно налягане и температура, и в двата случая се случва при точката на топене на твърдото вещество, и двата са интензивни свойства на материята. Те обаче не са еднакви.

Като начало латентната топлина на топене е представена със символа L _fus или L _f . Съществува обаче по-важна концептуална разлика, свързана с количеството вещество, за което се отнася всеки термин. Докато моларната топлина на топене се отнася за 1 мол вещество , латентната топлина на топене представлява количеството топлина, необходимо за стопяване на една единица маса от веществото, а не на един мол. Това означава, че латентната топлина в действителност е специфична топлина на топене, чиито единици в SI са J/kg.

Определяне на моларната енталпия на топене

експериментално определяне

Има различни начини за определяне на моларната енталпия на сливане на вещество. Измерва се експериментално с помощта на калориметър . Например, ако искаме да измерим моларната топлина на топене на вода, можем да въведем известна маса твърда вода (лед) в калориметър с известен топлинен капацитет и след това да оставим леда да се стопи, докато контролираме температурата. Тогава количеството топлина, погълнато от леда, за да се стопи, може да се определи от промяната в температурата на калориметъра, което ни дава количеството топлина, отделено от него. Ако използваме изобарен калориметър, т.е. такъв с постоянно налягане, тази топлина директно представлява енталпията на топене на пробата (забележка: това е енталпията на топене ΔH _fus, а не моларната енталпия ΔH _m,fus ).

Накрая, като се използва масата на водата и нейната моларна маса (18,02 g/mol), се определя броят на моловете, присъстващи в пробата, и се изчислява моларната маса на топене, като се използва следното уравнение:

Определяне от латентната топлина на топене

Както бе споменато по-горе, латентната топлина на топене е топлината на единица маса, а не на мол. Поради тази причина латентната топлина на топене може да се трансформира в моларна топлина на топене просто като се умножи по моларната маса на веществото:

Преди извършване на изчислението трябва да се провери последователността на единиците и да се извършат всички необходими трансформации.

теоретично определяне

Моларната енталпия на синтеза може също да се изчисли теоретично от други термодинамични величини. Например, ако знаем стойностите на стандартните енталпии на образуване на твърдо вещество и течност, както и техните съответни топлинни мощности при постоянно налягане (C p,m, s и C P, m, _l , _{съответно} ) .

В тези случаи законът на Хес се използва за установяване на два различни начина за изчисляване на изменението на енталпията на топенето при стандартни условия на температура и налягане, единият директно, а другият чрез довеждане на твърдото вещество до нормалната му точка на топене, извършване на топенето при споменатите температура и след това течността се довежда до стандартната температура, при която се отчитат стандартните енталпии на образуване.

Тоест изчислява се енталпията на следните процеси:

Горното представлява едноетапен процес, при който определено количество А преминава от твърдо състояние при стандартната температура и налягане от Т ₀ и Р ₀ , съответно, в течно състояние при същата температура и налягане. Енталпията на този процес може да се изчисли директно от стандартните енталпии на образуване на А в двете състояния.

Това е същият процес, само че се извършва по различен начин, довеждайки твърдото вещество до точката на топене (T _fus ), стопявайки го при тази температура и след това довеждайки течността до стандартната температура T ₀ .

Тъй като и двата процеса започват и завършват в едни и същи състояния, тогава законът на Хес показва, че общите промени в енталпията трябва да бъдат равни, следователно:

От тук решаваме уравнението, за да намерим моларната енталпия на синтеза, което ни дава:

Препратки

Atkins, P. & dePaula, J. (2010). Аткинс. Физическа химия (8- ^{мо издание} ). Панамериканска медицинска редакция.

Скрита топлина на топене . (nd). Физика с компютър. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/fusion/fusion.htm

Чанг, Р. (2002). Физикохимия (1- ^{во издание} ). MCGRAW HILL ОБРАЗОВАНИЕ.

Енталпия на синтез. Educaplus (2021). http://www.educaplus.org/elementos-quimicos/propiedades/entalpia-fusion.html

Топлина на синтез. (2020 г., 15 август). https://chem.libretexts.org/@go/page/1936

LearnChemE. (2020 г., 13 октомври). Изчислете топлината на реакцията при повишена температура [Видео]. Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=dxBD0j2gzjo&t=252s

Моларна топлина на топене на лед . (2018, 5 април). наноpdf. https://nanopdf.com/download/molar-heat-of-fusion-of-ice-5aec35580aeb3_pdf