Tabla de Contenidos
Den molare fusjonsentalpien , noen ganger også kalt den molare fusjonsvarmen, er entalpiendringen av faseendringen fra fast til væske av en mol substans ved smeltepunktet . Siden entalpiendringen er ekvivalent med varmen fra en prosess utført ved konstant trykk, kan vi også definere den molare fusjonsentalpien som mengden varme som kreves for å føre ett mol stoff fra fast tilstand til flytende tilstand i dets smelting punkt og konstant trykk.
Denne entalpien er en intensiv egenskap ved materie, så den avhenger utelukkende av dens sammensetning, og ikke av mengden av prøven som man arbeider med, heller ikke av utvidelsen eller størrelsen på systemet. Med andre ord er det en karakteristisk egenskap for hvert materiale og refererer generelt til rene stoffer.
For eksempel er entalpien for fusjon av vann ved et trykk på 1 atm 6,02 kJ/mol, noe som betyr at det tar 6,02 kJ for å smelte eller smelte 18 g fast vann eller is (masse tilsvarende en mol vann) som er ved 0°C og dermed omdanne dem til 18 g flytende vann, også ved 0°C.
Symbol for molar fusjonsentalpi
Ulike måter å representere molare entalpier har eksistert over tid, inkludert molare entalpi av fusjon. Det universelt aksepterte symbolet for entalpi er H. Det er en tilstandsfunksjon definert av forskjellen mellom den interne energien til et system og PV-produktet; med andre ord, H = U – PV. Men når vi snakker om entalpien til en prosess som fusjon, og ikke til et stoff, så refererer vi egentlig til en endring i systemets entalpi som en konsekvens av nevnte prosess. Av denne grunn er symbolet for entalpi i disse tilfellene faktisk ΔH.
Siden det er entalpien til fusjonsprosessen, legges fo «fus» til som et subskript, det vil si ΔH fus (selv om f sjelden brukes da det kan forveksles med formasjonsentalpien, som er et annet konsept). Til slutt er det to måter det vanligvis indikeres på at en entalpi er molar. Tidligere var det vanlig å plassere en stolpe over symbolet. Men av ulike grunner er denne måten å representere molare termodynamiske størrelser på utilstrekkelig, så bokstaven m (for molar) ble erstattet av tillegget som et subskript, atskilt fra subscript av prosessen med et komma. Dette betyr at det for tiden aksepterte symbolet for den molare fusjonsentalpien er:
Standard molar entalpi av fusjon
Når trykket som den molare entalpien måles ved er standardtrykket på 1 atm (eller 1 bar, avhengig av konvensjonen som brukes) og faseendringsprosessen skjer ved det normale smeltepunktet (som tilsvarer smeltepunktet ved standardtrykk) , så kalles det standard molar entalpi av fusjon, som er indikert ved å legge til en 0 som en eksponent til entalpisymbolet.
Enheter av molar entalpi av fusjon
Enhetene for den molare fusjonsentalpien er [energi]/[mol] eller, hva som er det samme, [energi].[mol] -1 . Disse enhetene avhenger av enhetssystemet du arbeider i. Her er noen eksempler på enheter som vanligvis brukes i forskjellige felt:
- SI-enheter er J/mol eller J.mol -1 .
- kJ/mol eller kJ.mol -1 (disse enhetene er svært vanlige gitt størrelsesordenen til de fleste molare fusjonsentalpier).
- cal/mol eller cal.mol -1 .
- kcal/mol eller kcal.mol -1 eller, hva er den samme Cal/mol eller Cal.mol -1 (disse enhetene er svært vanlige gitt størrelsesordenen til de fleste molare fusjonsentalpier).
- BTU/mol eller BTU.mol -1 (brukes ofte i ingeniørfag).
Den molare fusjonsentalpien versus den latente fusjonsvarmen
Det er en relativt vanlig feil å forveksle den molare fusjonsentalpien med den latente fusjonsvarmen. Årsaken er enkel: begge refererer til mengden varme som trengs for å smelte eller smelte et fast stoff, i begge tilfeller skjer faseendringen ved konstant trykk og temperatur, i begge tilfeller skjer den ved faststoffets smeltepunkt, og begge er intensive egenskaper til materie. De er imidlertid ikke de samme.
Til å begynne med er den latente fusjonsvarmen representert av symbolet L fus eller L f . Imidlertid er det en viktigere konseptuell forskjell knyttet til mengden stoff hvert begrep refererer til. Mens den molare fusjonsvarmen refererer til 1 mol av et stoff , representerer den latente fusjonsvarmen mengden varme som kreves for å smelte en enhetsmasse av stoffet, ikke en mol. Det vil si at den latente varmen i virkeligheten er en spesifikk fusjonsvarme, hvis enheter i SI er J/kg.
Bestemmelse av molar entalpi av fusjon
eksperimentell bestemmelse
Det er forskjellige måter å bestemme molarentalpien for fusjon av et stoff. Det måles eksperimentelt ved hjelp av et kalorimeter . For eksempel, hvis vi ønsker å måle den molare smeltevarmen av vann, kan vi introdusere en kjent masse fast vann (is) i et kalorimeter med kjent varmekapasitet og deretter la isen smelte mens vi kontrollerer temperaturen. Deretter kan mengden varme som absorberes av isen for å smelte bestemmes ut fra endringen i temperaturen til kalorimeteret, som gir oss mengden varme som frigjøres av det. Hvis vi bruker et isobarisk kalorimeter, det vil si en med konstant trykk, representerer denne varmen direkte fusjonsentalpien til prøven (merk: det er fusjonsentalpien ΔH fus, ikke den molare entalpien ΔH m,fus ).
Til slutt, ved å bruke massen av vann og dets molare masse (18,02 g/mol), bestemmes antall mol som var tilstede i prøven og den smeltende molare massen beregnes ved å bruke følgende ligning:
Bestemmelse fra den latente fusjonsvarmen
Som nevnt før, er den latente fusjonsvarmen varmen per masseenhet, snarere enn per mol. Av denne grunn kan den latente fusjonsvarmen omdannes til den molare fusjonsvarmen ganske enkelt ved å multiplisere den med stoffets molare masse:
Før beregningen utføres, må konsistensen av enhetene kontrolleres og eventuelle nødvendige transformasjoner utføres.
teoretisk bestemmelse
Den molare fusjonsentalpien kan også beregnes teoretisk fra andre termodynamiske størrelser. For eksempel, hvis vi kjenner verdiene til standardentalpiene for dannelse av faststoffet og væsken, så vel som deres respektive varmekapasiteter ved konstant trykk (henholdsvis C p,m, s og C P, m , l ) .
I disse tilfellene brukes Hess’ lov til å etablere to forskjellige måter å beregne entalpivariasjonen av fusjon under standardforhold for temperatur og trykk, den ene direkte og den andre ved å ta faststoffet til dets normale smeltepunkt, utføre smeltingen ved nevnte temperatur og deretter bringe væsken til standardtemperaturen ved hvilken standardentalpiene for formasjon er rapportert.
Det vil si at entalpien til følgende prosesser beregnes:
Ovennevnte representerer ett-trinnsprosessen hvor en viss mengde A går fra fast tilstand ved standard temperatur og trykk på henholdsvis T 0 og P 0 , til flytende tilstand ved samme temperatur og trykk. Entalpien til denne prosessen kan beregnes direkte fra standardentalpiene for dannelse av A i begge tilstander.
Dette er den samme prosessen, bare utført på en annen måte, og bringer det faste stoffet til smeltepunktet (T fus ), smelter det ved den temperaturen og bringer deretter væsken til standardtemperaturen T 0 .
Siden begge prosessene starter og slutter i samme tilstander, indikerer Hess lov at de totale entalpiendringene må være like, derfor:
Herfra løser vi ligningen for å finne den molare fusjonsentalpien, som gir oss:
Referanser
Atkins, P., & dePaula, J. (2010). Atkins. Fysisk kjemi (8. utg .). Panamerican Medical Editorial.
Latent fusjonsvarme . (nd). Fysikk med datamaskin. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/fusion/fusion.htm
Chang, R. (2002). Fysisk kjemi (1. utg .). MCGRAW HILL UTDANNING.
Fusjonsentalpi. Educaplus (2021). http://www.educaplus.org/elementos-quimicos/propiedades/entalpia-fusion.html
Fusjonsvarme. (2020, 15. august). https://chem.libretexts.org/@go/page/1936
LearnChemE. (2020, 13. oktober). Beregn reaksjonsvarme ved forhøyet temperatur [Video]. Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=dxBD0j2gzjo&t=252s
Molar varme av fusjon av is . (2018, 5. april). nanopdf. https://nanopdf.com/download/molar-heat-of-fusion-of-ice-5aec35580aeb3_pdf
