Tabla de Contenidos
Енталпията (H) е термодинамично свойство, дефинирано като сумата от вътрешната енергия на термодинамична система (U) и произведението на нейното налягане и обем (PV). Тоест енталпията се определя като:
Тази собственост се характеризира с държавна функция. Това означава, че стойността на енталпията на дадена система в даден момент зависи само от състоянието, в което се намира, а не от състоянието непосредствено преди или от това, което ще дойде след това. Тоест енталпията не зависи от пътя, който е довел системата до състоянието, в което се намира, а само от това какво е моментното състояние.
промяна на енталпията
Дефиницията на енталпията като функция на състоянието има няколко извода. Едно от тях е, че когато една система претърпи промяна на състоянието, тази промяна може на свой ред да означава промяна в енталпията на системата. С други думи, всеки процес, на който е подложена една система, има свързана промяна или вариация в енталпията; тази вариация се обозначава като ΔH и може да бъде положителна, отрицателна или дори нула.
Поради начина, по който се дефинира енталпията и като следствие от първия закон на термодинамиката, промяната на енталпията на процес, при който системата извършва само работа на разширение при постоянно налягане, е равна на топлината, която поглъща споменатата система. С други думи, при липса на други видове работа,
където qP е топлината, погълната от системата по време на процес при постоянно налягане. Този резултат е от голямо значение, тъй като голям брой химични реакции протичат при постоянно налягане; Поради тази причина експерименталното измерване на количеството топлина, освободено или погълнато по време на тези процеси, прави възможно индиректно измерване на промяната в енталпията на системата.
Тази характеристика поражда това, което е известно като термохимия, което не е нищо повече от частта от термодинамиката (или химията), която изучава преноса на топлина, причинен от протичането на химични реакции.
Законът на Хес
Второто заключение, че енталпията е функция на състоянието, се изразява под формата на закона на Хес. Във връзка с химичните реакции този закон гласи, че „когато реагентите се превръщат в продукти, промяната на енталпията е една и съща, независимо дали реакцията се извършва в една стъпка или в серия от стъпки.“ Това означава, че ако започнем с реагент A и завършим с продукт B, ΔH на споменатата реакция не зависи от начина, по който е протекла реакцията. Това от своя страна предполага, че можем да изчислим ΔH на реакция просто като добавим стойностите на ΔH на набор от реакции, които успяват да трансформират същите реагенти в същите продукти. Последното е една от най-разпространените практики в термохимията и е точно това, за което се отнася следният примерен проблем.
Решена задача за изчисляване на промяната на енталпията на реакция с помощта на закона на Хес
Изявление:
Изчислете промяната на енталпията за следната реакция, като използвате закона на Хес,
Дадени са енталпиите на следните реакции:
Решение
За да изчислим вариацията или промяната на енталпията, използвайки закона на Хес, трябва да намерим начин да комбинираме химичните уравнения, които са ни дадени като данни, така че, когато се добавят, те да доведат до уравнението на химическата реакция, чиято промяна на енталпията искаме да изчислим.
Това включва манипулиране на химични уравнения по различни начини, включително обръщането им, умножаване по постоянни стойности или деление на постоянни стойности. Най-важното нещо, което трябва да имате предвид е, че всичко, което се прави с химическото уравнение, трябва да се прави и с неговата стойност ΔH. Това е:
- Когато обръщате или обръщате термохимично уравнение, знакът на неговата промяна на енталпията също трябва да бъде обърнат.
- Когато се умножава цялото уравнение по константа, тогава промяната на енталпията също трябва да се умножи по същата константа.
- Когато разделяме химично уравнение на константа, тогава промяната на енталпията също трябва да бъде разделена на същата константа.
Нека да разгледаме стъпките, необходими за ефективното прилагане на тези принципи:
Стъпка 1: Намерете реагентите и продуктите, които се появяват в дадените реакции от правилната страна на уравнението
Обща стратегия, която може да се приложи в повечето от тези проблеми, е да търсим един по един реагентите и продуктите на неизвестната реакция, тоест тази, чиято енталпия искаме да изчислим, във всички реакции, които са ни дадени като данни . След това трябва да се уверите, че съединението, което ви интересува, е от дясната страна на уравнението; в противен случай уравнението е обратно.
Например, в настоящия проблем ние се интересуваме от елементарен алуминий и железен оксид, които се появяват сред реагентите на реакции, чиито енталпии са известни. Както може да се види, това предполага обръщане на двете уравнения, както и обръщане на знака на техните промени в енталпията:
Като обърнем тези уравнения, можем да поставим реагентите от страната, където имаме нужда от тях, но в същото време поставяме продуктите от правилната страна. Процесът обаче все още не е готов, тъй като, както се вижда, сумата от тези две реакции не дава необходимата реакция.
Стъпка 2: Умножете или разделете стехиометричните коефициенти, когато е необходимо
Трябва да се разбере, че искате сумата от дадените химични уравнения да даде неизвестното уравнение. Това означава, че всеки вид, който не се появява в последния, трябва да бъде отменен и всички останали видове трябва да имат подходящите стехиометрични коефициенти.
В нашия проблем може да се види, че реакциите, дадени като данни, включват молекулярен кислород, който не присъства в реакцията, която търсим, така че трябва да сме сигурни, че той се анулира при добавяне на уравненията. За да се случи това и освен това, за да бъдат правилни коефициентите на желязо и железен оксид, второто уравнение трябва да бъде разделено на 2, както и неговата енталпия. Тоест:
Което води до:
Стъпка 3: Добавете уравненията
Като имаме всички реагенти и продукти от правилната страна и с правилните коефициенти, уравненията и съответните им енталпии могат да бъдат добавени, за да получим енталпията, която търсим:
И накрая, имаме, че промяната на енталпията на реакцията е:
Отговор:
Реакцията между алуминий и железен оксид за получаване на желязо и алуминиев оксид има стандартна промяна на енталпията от -845,6 kJ/mol.
Препратки
- Atkins, P., & dePaula, J. (2008). Физическа химия (8- мо издание ). Панамериканска медицинска редакция.
- Британика, редакторите на енциклопедия. (2020 г., 9 април). Енталпия | Определение, уравнение и единици . Енциклопедия Британика. https://www.britannica.com/science/enthalpy
- Chang, R., & Goldsby, K. (2013). Химия (11-то издание ). McGraw-Hill Interamericana de España SL
- Определение на концепцията за изготвяне. (2020 г., 16 декември). Законът на Хес . Понятие за – Дефиниция на. https://conceptodefinicion.de/ley-de-hess/
- Суарес, Т., Фонтал, Б., Рейес, М., Беланди, Ф., Контрерас, Р., и Ромеро, И. (2005). Принципи на термохимията . VII Венецуелско училище за преподаване на химия. http://www.saber.ula.ve/bitstream/handle/123456789/16744/termoquimica.pdf?sequence=1&isAllowed=y
