Tabla de Contenidos
Az entalpia (H) egy termodinamikai tulajdonság, amelyet egy termodinamikai rendszer belső energiájának (U) és nyomásának és térfogatának (PV) szorzataként határoznak meg. Vagyis az entalpiát a következőképpen határozzuk meg:
Ezt a tulajdonságot az jellemzi, hogy állapotfüggvény. Ez azt jelenti, hogy egy rendszer entalpiájának értéke egy adott pillanatban csak attól függ, hogy milyen állapotban van, és nem a közvetlenül előtti állapottól vagy az utána következő állapottól. Vagyis az entalpia nem attól függ, hogy milyen úton vezette a rendszert abba az állapotba, amelyben van, hanem csak attól, hogy milyen állapotban van.
entalpia változás
Az entalpia állapotfüggvényként való definíciója számos vonatkozású. Az egyik az, hogy amikor egy rendszer állapotváltozáson megy keresztül, ez a változás a rendszer entalpiájának megváltozását is maga után vonhatja. Más szavakkal, minden folyamat, amelynek egy rendszer ki van téve, az entalpia változásával vagy változásával jár; ezt a változást ΔH-ként jelöljük, és lehet pozitív, negatív vagy akár nulla is.
Az entalpia definíciójából adódóan, és a termodinamika első főtétele következtében egy olyan folyamat entalpiaváltozása, amelyben a rendszer csak állandó nyomáson végez tágulási munkát, megegyezik a rendszer által felvett hővel. Más szóval, más típusú munka hiányában,
ahol qP a rendszer által állandó nyomáson végzett folyamat során elnyelt hő. Ennek az eredménynek nagy jelentősége van, mivel állandó nyomáson nagyszámú kémiai reakció megy végbe; Emiatt az e folyamatok során felszabaduló vagy elnyelt hőmennyiség kísérleti mérése lehetővé teszi a rendszer entalpiaváltozásának közvetett mérését.
Ebből a jellemzőből jön létre az úgynevezett termokémia, amely nem más, mint a termodinamika (vagy kémia) azon része, amely a kémiai reakciók előfordulása által okozott hőátadásokat vizsgálja.
Hess törvénye
A második implikáció, amely szerint az entalpia állapotfüggvény , a Hess-törvény formájában fejeződik ki. A kémiai reakciókkal kapcsolatban ez a törvény azt mondja, hogy „amikor a reagenseket termékekké alakítják, az entalpia változása ugyanaz, függetlenül attól, hogy a reakció egyetlen lépésben vagy lépések sorozatában megy végbe”. Ez azt jelenti, hogy ha az A reagenssel kezdjük, és a B termékhez jutunk, akkor az említett reakció ΔH-ja független attól, hogy a reakció hogyan zajlott le. Ez viszont azt jelenti, hogy ki tudjuk számítani egy reakció ΔH értékét egyszerűen úgy, hogy összeadjuk egy sor reakcióhalmaz ΔH értékét, amelyek ugyanazokat a reagenseket azonos termékekké alakítják át. Ez utóbbi az egyik legelterjedtebb gyakorlat a termokémiában, és pontosan erről szól a következő példaprobléma.
Megoldott egy reakció entalpiaváltozásának kiszámítása a Hess-törvény segítségével
Nyilatkozat:
Számítsa ki a Hess-törvény segítségével a következő reakció entalpiaváltozását:
Adott a következő reakciók entalpiája:
Megoldás
Az entalpia változásának vagy változásának a Hess-törvény segítségével történő kiszámításához meg kell találnunk a módját az adatként megadott kémiai egyenletek összevonására úgy, hogy összeadva annak a kémiai reakciónak az egyenletét kapjuk, amelynek entalpiaváltozását ki szeretnénk számítani.
Ez magában foglalja a kémiai egyenletek különféle módokon történő manipulálását, beleértve azok megfordítását, állandó értékekkel való szorzást vagy állandó értékekkel való osztást. A legfontosabb dolog, amit szem előtt kell tartani, az az, hogy mindent, amit a kémiai egyenletre teszünk, annak ΔH értékére is meg kell tenni. Azaz:
- A termokémiai egyenlet megfordításakor vagy átfordításakor az entalpia változásának előjelét is meg kell fordítani.
- Ha egy teljes egyenletet megszorozunk egy állandóval, akkor az entalpiaváltozást is meg kell szorozni ugyanazzal az állandóval.
- Ha egy kémiai egyenletet elosztunk egy állandóval, akkor az entalpiaváltozást is el kell osztani ugyanazzal az állandóval.
Nézzük meg az alapelvek hatékony alkalmazásához szükséges lépéseket:
1. lépés: Keresse meg az adott reakciókban megjelenő reagenseket és termékeket az egyenlet megfelelő oldalán
A legtöbb ilyen problémában alkalmazható általános stratégia az, hogy egyenként megkeressük az ismeretlen reakció reagenseit és termékeit, vagyis azt, amelynek entalpiáját ki akarjuk számítani az összes adatként megadott reakcióban. . Ezután meg kell győződnie arról, hogy az Önt érdeklő vegyület az egyenlet jobb oldalán található; ellenkező esetben az egyenlet megfordul.
Például jelen problémában arra vagyunk kíváncsiak, hogy az ismert entalpiákkal rendelkező reakciók reaktánsai között elemi alumínium és vas-oxid jelenjen meg. Amint látható, ez magában foglalja mindkét egyenlet megfordítását, valamint az entalpiaváltozások előjelének megfordítását:
Ezen egyenletek megfordításával a reaktánsokat arra az oldalra helyezhetjük, ahol szükségünk van rájuk, ugyanakkor a termékeket a megfelelő oldalra helyezhetjük. A folyamat azonban még nem készült el, mivel amint látható, e két reakció összege nem adja meg a kívánt reakciót.
2. lépés: Ha szükséges, szorozza meg vagy ossza el a sztöchiometrikus együtthatókat
Meg kell érteni, hogy azt szeretné, ha a megadott kémiai egyenletek összege az ismeretlen egyenletet adja. Ez azt jelenti, hogy minden fajt, amely nem szerepel az utolsóban, törölni kell, és minden más fajnak rendelkeznie kell a megfelelő sztöchiometrikus együtthatóval.
Feladatunkban látható, hogy az adatként megadott reakciók molekuláris oxigént tartalmaznak, ami a keresett reakcióban nincs jelen, ezért az egyenletek összeadásakor ügyelnünk kell arra, hogy az érvénytelenüljön. Ahhoz, hogy ez megtörténjen, továbbá, hogy a vas és a vas-oxid együtthatói helyesek legyenek, a második egyenletet el kell osztani 2-vel, valamint az entalpiáját. Vagyis:
Aminek eredménye:
3. lépés: Adja hozzá az egyenleteket
Ha az összes reaktáns és termék a megfelelő oldalon és a megfelelő együtthatókkal rendelkezik, az egyenletek és a hozzájuk tartozó entalpiák összeadhatók, hogy megkapjuk a keresett entalpiát:
Végül azt kaptuk, hogy a reakció entalpiaváltozása:
Válasz:
Az alumínium és vas-oxid közötti reakció vas- és alumínium-oxid képződéséhez a standard entalpiaváltozás -845,6 kJ/mol.
Hivatkozások
- Atkins, P. és dePaula, J. (2008). Fizikai kémia (8. kiadás ). Panamerican Medical Editorial.
- Britannica, The Editors of Encyclopaedia. (2020. április 9.). Entalpia | Definíció, egyenlet és mértékegységek . Encyclopedia Britannica. https://www.britannica.com/science/enthalpy
- Chang, R. és Goldsby, K. (2013). Kémia (11. kiadás ). McGraw-Hill Interamericana de España SL
- Fogalommeghatározás megfogalmazása. (2020, december 16.). Hess törvénye . Fogalma – Meghatározása. https://conceptodefinicion.de/ley-de-hess/
- Suárez, T., Fontal, B., Reyes, M., Bellandi, F., Contreras, R., & Romero, I. (2005). A termokémia alapelvei . VII Venezuelai Kémiatanítási Iskola. http://www.saber.ula.ve/bitstream/handle/123456789/16744/termoquimica.pdf?sequence=1&isAllowed=y
