Definition af molær fusionsentalpi

Den molære fusionsentalpi , nogle gange også kaldet den molære fusionsvarme, er entalpiændringen af ​​faseændring fra fast til væske af et mol stof ved dets smeltepunkt . Da entalpiændringen svarer til varmen fra en proces, der udføres ved konstant tryk, kan vi også definere den molære fusionsentalpi som den mængde varme, der kræves for at passere et mol stof fra fast tilstand til flydende tilstand i dets smeltning punkt og konstant tryk.

Denne entalpi er en intensiv egenskab ved stof, så den afhænger udelukkende af dets sammensætning og ikke af mængden af ​​prøven, som man arbejder med, eller af systemets udvidelse eller størrelse. Det er med andre ord en karakteristisk egenskab ved hvert materiale og refererer generelt til rene stoffer.

For eksempel er entalpien for fusion af vand ved et tryk på 1 atm 6,02 kJ/mol, hvilket betyder, at det tager 6,02 kJ at smelte eller smelte 18 g fast vand eller is (masse svarende til et mol vand), der er ved 0°C og dermed omdanne dem til 18 g flydende vand, også ved 0°C.

Symbol for molær fusionsentalpi

Forskellige måder at repræsentere molære entalpier har eksisteret over tid, herunder molære fusionsentalpi. Det universelt accepterede symbol for entalpi er H. Det er en tilstandsfunktion defineret af forskellen mellem den interne energi i et system og PV-produktet; med andre ord, H = U – PV. Men når vi taler om entalpien af ​​en proces såsom fusion, og ikke af et stof, så refererer vi virkelig til en ændring i entalpi af systemet som en konsekvens af nævnte proces. Af denne grund er symbolet for entalpi i disse tilfælde faktisk ΔH.

Da det er entalpien for fusionsprocessen, tilføjes fo “fus” som et sænket skrift, det vil sige ΔH _fus (selvom f sjældent bruges, da det kan forveksles med dannelsesentalpien, som er et andet koncept). Endelig er der to måder, hvorpå det normalt angives, at en entalpi er molær. Tidligere var det sædvanligt at placere en streg over symbolet. Men af ​​forskellige årsager er denne måde at repræsentere molære termodynamiske størrelser på utilstrækkelig, så bogstavet m (for molar) blev erstattet af tilføjelsen som et sænket skrift, adskilt fra processens underskrift med et komma. Dette betyder, at det aktuelt accepterede symbol for molær fusionsentalpi er:

Standard molær fusionsentalpi

Når trykket, ved hvilket den molære entalpi måles, er standardtrykket på 1 atm (eller 1 bar, afhængigt af den anvendte konvention), og faseændringsprocessen sker ved det normale smeltepunkt (som svarer til smeltepunktet ved standardtryk) , så kaldes det standard molær fusionsentalpi, som angives ved at tilføje et 0 som eksponent til entalpisymbolet.

Enheder for molær fusionsentalpi

Enhederne for den molære fusionsentalpi er [energi]/[mol] eller, hvad der er det samme, [energi].[mol] ^-1 . Disse enheder afhænger af det enhedssystem, du arbejder i. Her er nogle eksempler på enheder, der almindeligvis anvendes inden for forskellige områder:

• SI-enheder er J/mol eller J.mol ^-1 .
• kJ/mol eller kJ.mol ^-1 (disse enheder er meget almindelige givet størrelsesordenen af ​​de fleste molære fusionsentalpier).
• cal/mol eller cal.mol ^-1 .
• kcal/mol eller kcal.mol ^-1 eller hvad er den samme Cal/mol eller Cal.mol ^-1 (disse enheder er meget almindelige givet størrelsesordenen af ​​de fleste molære fusionsentalpier).
• BTU/mol eller BTU.mol ^-1 (bruges ofte i teknik).

Den molære fusionsentalpi versus den latente fusionsvarme

Det er en relativt almindelig fejl at forveksle fusionsentalpien med den latente fusionsvarme. Årsagen er enkel: begge refererer til mængden af ​​varme, der er nødvendig for at smelte eller smelte et fast stof, i begge tilfælde sker faseændringen ved konstant tryk og temperatur, i begge tilfælde sker det ved faststoffets smeltepunkt, og begge er stoffets intensive egenskaber. De er dog ikke ens.

Til at begynde med er den latente fusionsvarme repræsenteret af symbolet L _fus eller L _f . Der er dog en vigtigere begrebsmæssig forskel relateret til mængden af ​​stof, hvert udtryk refererer til. Mens den molære fusionsvarme refererer til 1 mol af et stof , repræsenterer den latente fusionsvarme mængden af ​​varme, der kræves for at smelte én enhedsmasse af stoffet, ikke én mol. Det vil sige, at den latente varme i virkeligheden er en specifik fusionsvarme, hvis enheder i SI er J/kg.

Bestemmelse af molær fusionsentalpi

eksperimentel bestemmelse

Der er forskellige måder at bestemme molærentalpien for fusion af et stof. Det måles eksperimentelt ved hjælp af et kalorimeter . For eksempel, hvis vi ønsker at måle den molære smeltevarme af vand, kan vi indføre en kendt masse fast vand (is) i et kalorimeter med kendt varmekapacitet og derefter lade isen smelte, mens vi kontrollerer temperaturen. Derefter kan mængden af ​​varme absorberet af isen for at smelte bestemmes ud fra ændringen i temperatur på kalorimeteret, som giver os mængden af ​​varme, der frigives af det. Hvis vi bruger et isobarisk kalorimeter, det vil sige et med konstant tryk, repræsenterer denne varme direkte prøvens fusionsentalpi (bemærk: det er fusionsentalpien ΔH _fus, ikke den molære entalpi ΔH _m,fus ).

Til sidst, ved hjælp af massen af ​​vand og dets molære masse (18,02 g/mol), bestemmes antallet af mol, der var til stede i prøven, og den smeltende molære masse beregnes ved hjælp af følgende ligning:

Bestemmelse ud fra den latente fusionsvarme

Som tidligere nævnt er den latente fusionsvarme varmen pr. masseenhed snarere end pr. mol. Af denne grund kan den latente fusionsvarme omdannes til den molære fusionsvarme blot ved at gange den med stoffets molære masse:

Før beregningen udføres, skal enhedernes konsistens kontrolleres, og eventuelle nødvendige transformationer skal udføres.

teoretisk bestemmelse

Den molære fusionsentalpi kan også beregnes teoretisk ud fra andre termodynamiske størrelser. For eksempel, hvis vi kender værdierne af standardentalpierne for dannelse af faststoffet og væsken, såvel som deres respektive varmekapaciteter ved konstant tryk (henholdsvis C p,m, s og C P, _m , _l ) .

I disse tilfælde bruges Hess’ lov til at etablere to forskellige måder at beregne entalpivariationen af ​​fusion under standardbetingelser for temperatur og tryk, den ene direkte og den anden ved at tage faststoffet til dets normale smeltepunkt, udføre smeltningen ved nævnte temperatur og derefter bringe væsken til standardtemperaturen, ved hvilken standardentalpierne for dannelse er rapporteret.

Det vil sige, at entalpien for følgende processer beregnes:

Ovenstående repræsenterer en-trins-processen, hvor en vis mængde A passerer fra den faste tilstand ved standardtemperaturen og -trykket på henholdsvis T ₀ og P ₀ , til den flydende tilstand ved samme temperatur og tryk. Entalpien af ​​denne proces kan beregnes direkte ud fra standardentalpierne for dannelse af A i begge tilstande.

Dette er den samme proces, kun udført på en anden måde, hvorved det faste stof bringes til smeltepunktet (T _fus ), smelte det ved den temperatur og derefter bringe væsken til standardtemperaturen T ₀ .

Da begge processer starter og slutter i de samme tilstande, indikerer Hess’ lov, at de samlede entalpiændringer skal være ens, derfor:

Herfra løser vi ligningen for at finde den molære fusionsentalpi, som giver os:

Referencer

Atkins, P., & dePaula, J. (2010). Atkins. Fysisk kemi (8. ^udg .). Panamerican Medical Editorial.

Latent fusionsvarme . (nd). Fysik med computer. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/fusion/fusion.htm

Chang, R. (2002). Fysisk kemi (1. ^udg .). MCGRAW HILL UDDANNELSE.

Fusion entalpi. Educaplus (2021). http://www.educaplus.org/elementos-quimicos/propiedades/entalpia-fusion.html

Fusionsvarme. (2020, 15. august). https://chem.libretexts.org/@go/page/1936

LearnChemE. (2020, 13. oktober). Beregn reaktionsvarme ved forhøjet temperatur [Video]. Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=dxBD0j2gzjo&t=252s

Molær varme fra fusion af is . (2018, 5. april). nanopdf. https://nanopdf.com/download/molar-heat-of-fusion-of-ice-5aec35580aeb3_pdf