Fuusion molaarisentalpian määritelmä

Fuusion molaarinen entalpia , jota joskus kutsutaan myös sulamislämmöksi, on faasimuutoksen entalpiamuutos kiinteästä aineesta nesteeksi yhden moolin ainetta sen sulamispisteessä . Koska entalpian muutos vastaa vakiopaineessa suoritetun prosessin lämpöä, voimme myös määritellä fuusioentalpiaksi lämpömääräksi, joka tarvitaan yhden moolin johtamiseen kiinteästä tilasta nestemäiseen tilaan sen sulamisvaiheessa. piste ja jatkuva paine.

Tämä entalpia on aineen intensiivinen ominaisuus, joten se riippuu yksinomaan sen koostumuksesta, ei sen näytteen määrästä, jonka kanssa työskennellään, eikä järjestelmän laajuudesta tai koosta. Toisin sanoen se on jokaiselle materiaalille tyypillinen ominaisuus ja viittaa yleensä puhtaisiin aineisiin.

Esimerkiksi veden sulamisen entalpia paineessa 1 atm on 6,02 kJ/mol, mikä tarkoittaa, että 18 g kiinteää vettä tai jäätä (massa vastaa yhtä moolia vettä) sulamiseen tai sulattamiseen kuluu 6,02 kJ. 0 °C:ssa ja muuttaa ne siten 18 g:ksi nestemäistä vettä, myös 0 °C:ssa.

Molaarisen fuusioentalpian symboli

Erilaisia ​​tapoja esittää molaarisia entalpioita on ollut aikojen saatossa, mukaan lukien fuusion molaarinen entalpia. Yleisesti hyväksytty entalpian symboli on H. Se on tilafunktio, jonka määrittää järjestelmän sisäisen energian ja aurinkosähkötuotteen välinen ero; toisin sanoen H = U – PV. Kuitenkin, kun puhumme prosessin, kuten fuusion, entalpiasta, emme aineen, tarkoitamme todella järjestelmän entalpian muutosta mainitun prosessin seurauksena. Tästä syystä näissä tapauksissa entalpian symboli on itse asiassa ΔH.

Koska kyseessä on fuusioprosessin entalpia, fo ”fus” lisätään alaindeksiksi, eli ΔH _fus (vaikka f on harvoin käytössä, koska se voidaan sekoittaa muodostumisen entalpiaan, joka on eri käsite). Lopuksi on kaksi tapaa, joilla yleensä osoitetaan, että entalpia on molaarinen. Aikaisemmin oli tapana sijoittaa palkki symbolin yläpuolelle. Eri syistä tämä tapa esittää molaarisia termodynaamisia määriä on kuitenkin riittämätön, joten m-kirjain (molaariselle) korvattiin lisäyksellä alaindeksinä, erotettuna prosessin alaindeksistä pilkulla. Tämä tarkoittaa, että tällä hetkellä hyväksytty fuusioentalpian symboli on:

Fuusion standardi molaarinen entalpia

Kun paine, jossa molaarinen entalpia mitataan, on vakiopaine 1 atm (tai 1 bar, riippuen käytetystä käytännöstä) ja faasinmuutosprosessi tapahtuu normaalissa sulamispisteessä (joka vastaa sulamispistettä standardipaineessa) , niin sitä kutsutaan fuusion standardimolaariseksi entalpiaksi, joka osoitetaan lisäämällä entalpiasymboliin eksponentti 0.

Fuusioentalpian yksiköt

Fuusioentalpian yksiköt ovat [energia]/[mol] tai, mikä on sama, [energia].[mol] ^-1 . Nämä yksiköt riippuvat yksikköjärjestelmästä, jossa työskentelet. Tässä on esimerkkejä eri aloilla yleisesti käytetyistä yksiköistä:

• SI-yksiköt ovat J/mol tai J.mol ^-1 .
• kJ/mol tai kJ.mol ^-1 (nämä yksiköt ovat hyvin yleisiä, kun otetaan huomioon useimpien fuusioentalpioiden suuruusluokka).
• cal/mol tai cal.mol ^-1 .
• kcal/mol tai kcal.mol ^-1 tai mikä on sama Cal/mol tai Cal.mol ^-1 (nämä yksiköt ovat hyvin yleisiä, kun otetaan huomioon useimpien fuusioentalpioiden suuruusluokka).
• BTU/mol tai BTU.mol ^-1 (käytetään usein tekniikassa).

Fuusion molaarinen entalpia vs. piilevä fuusiolämpö

On suhteellisen yleinen virhe sekoittaa sulamisen molaarinen entalpia piilevään sulamislämpöön. Syy on yksinkertainen: molemmat viittaavat kiinteän aineen sulamiseen tai sulattamiseen tarvittavaan lämpömäärään, molemmissa tapauksissa faasimuutos tapahtuu vakiopaineessa ja lämpötilassa, molemmissa tapauksissa se tapahtuu kiinteän aineen sulamispisteessä ja molemmat ovat aineen intensiiviset ominaisuudet. Ne eivät kuitenkaan ole samoja.

Aluksi piilevää sulamislämpöä edustaa symboli L _fus tai L _f . On kuitenkin tärkeämpi käsitteellinen ero, joka liittyy aineen määrään, johon kukin termi viittaa. Vaikka molaarinen sulamislämpö viittaa yhteen mooliin ainetta , piilevä sulamislämpö edustaa lämpömäärää, joka tarvitaan sulattamaan yksi aineen massayksikkö , ei yksi mooli. Toisin sanoen piilevä lämpö on todellisuudessa ominaisfuusiolämpö, ​​jonka yksiköt SI:ssä ovat J/kg.

Fuusion molaarisentalpian määritys

kokeellinen määrittäminen

On olemassa erilaisia ​​tapoja määrittää aineen fuusion molaarinen entalpia. Se mitataan kokeellisesti kalorimetrillä . Jos esimerkiksi haluamme mitata veden sulamislämpöä, voimme lisätä tunnetun massan kiinteää vettä (jää) tunnetun lämpökapasiteetin omaavaan kalorimetriin ja antaa sitten jään sulaa samalla kun säädämme lämpötilaa. Sitten jään sulamiseen absorboiman lämmön määrä voidaan määrittää kalorimetrin lämpötilan muutoksesta, joka antaa meille sen vapauttaman lämmön määrän. Jos käytämme isobaarista kalorimetriä, toisin sanoen sellaista, jolla on vakiopaine, tämä lämpö edustaa suoraan näytteen fuusioentalpiaa (huomaa: se on fuusioentalpia ΔH _fus, ei molaarista entalpiaa ΔH _m,fus ).

Lopuksi veden massaa ja sen moolimassaa (18,02 g/mol) käyttämällä määritetään näytteessä olevien moolien lukumäärä ja lasketaan sulamismoolimassa seuraavalla yhtälöllä:

Määritys piilevän sulamislämmön perusteella

Kuten aiemmin mainittiin, piilevä sulamislämpö on lämpöä massayksikköä kohti eikä moolia kohden. Tästä syystä piilevä sulamislämpö voidaan muuntaa sulamislämmöksi yksinkertaisesti kertomalla se aineen moolimassalla:

Ennen laskennan suorittamista on tarkastettava yksiköiden yhdenmukaisuus ja suoritettava tarvittavat muunnokset.

teoreettinen päättäväisyys

Fuusion molaarinen entalpia voidaan laskea teoreettisesti myös muista termodynaamisista suureista. Esimerkiksi, jos tiedämme kiinteän aineen ja nesteen muodostumisen standardientalpioiden arvot sekä niiden vastaavat lämpökapasiteetit vakiopaineessa (C p,m, s ja C P, m, _l , _vastaavasti ) .

Näissä tapauksissa Hessin lakia käytetään luomaan kaksi erilaista tapaa laskea fuusion entalpiavaihtelu normaaleissa lämpötila- ja paineolosuhteissa, toinen suoraan ja toinen viemällä kiinteä aine sen normaaliin sulamispisteeseen ja suorittamalla sulatus mainitussa. lämpötilassa ja sitten nesteen saattaminen standardilämpötilaan, jossa muodostumisen standardientalpiat raportoidaan.

Eli lasketaan seuraavien prosessien entalpia:

Yllä oleva edustaa yksivaiheista prosessia, jossa tietty määrä A:ta siirtyy kiinteästä tilasta normaalilämpötilassa ja -paineessa T ₀ ja P ₀ , vastaavasti, nestemäiseen tilaan samassa lämpötilassa ja paineessa. Tämän prosessin entalpia voidaan laskea suoraan A:n muodostumisen standardientalpioista molemmissa tiloissa.

Tämä on sama prosessi, vain eri tavalla suoritettuna, jolloin kiinteä aine saatetaan sulamispisteeseen (T _fus ), sulatetaan siinä lämpötilassa ja sitten neste saatetaan standardilämpötilaan T ₀ .

Koska molemmat prosessit alkavat ja päättyvät samoihin tiloihin, Hessin laki osoittaa, että kokonaisentalpian muutosten on oltava yhtä suuret, joten:

Tästä eteenpäin ratkaisemme yhtälön löytääksemme fuusion molaarisentalpian, joka antaa meille:

Viitteet

Atkins, P. ja dePaula, J. (2010). Atkins. Physical Chemistry (8. ^painos ). Panamerican Medical Editorial.

Piilevä fuusiolämpö . (nd). Fysiikka tietokoneen kanssa. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/fusion/fusion.htm

Chang, R. (2002). Fysikaalinen kemia (1. ^painos ). MCGRAW HILLIN KOULUTUS.

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

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

LearnChemE. (2020, 13. lokakuuta). Laske reaktiolämpö korotetussa lämpötilassa [Video]. Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=dxBD0j2gzjo&t=252s

Jään sulamislämpö . (2018, 5. huhtikuuta). nanopdf. https://nanopdf.com/download/molar-heat-of-fusion-of-ice-5aec35580aeb3_pdf