Definiţia molar enthalpy of fusion

Entalpia molară de fuziune , numită uneori și căldura molară de fuziune, este schimbarea de entalpie a schimbării de fază de la solid la lichid a unui mol de substanță la punctul său de topire . Deoarece modificarea entalpiei este echivalentă cu căldura unui proces desfășurat la presiune constantă, putem defini, de asemenea, entalpia molară de fuziune ca fiind cantitatea de căldură necesară pentru a trece un mol de substanță din starea solidă în starea lichidă în timpul topirii sale. punct și presiune constantă.

Această entalpie este o proprietate intensivă a materiei, deci depinde numai de compoziția sa, și nu de cantitatea de probă cu care se lucrează, nici de extinderea sau dimensiunea sistemului. Cu alte cuvinte, este o proprietate caracteristică fiecărui material și se referă în general la substanțe pure.

De exemplu, entalpia de fuziune a apei la o presiune de 1 atm este de 6,02 kJ/mol, ceea ce înseamnă că este nevoie de 6,02 kJ pentru a topi sau topi 18 g de apă solidă sau gheață (masa corespunzătoare unui mol de apă) care sunt la 0°C și astfel le transformă în 18 g apă lichidă, tot la 0°C.

Simbol pentru entalpia molară de fuziune

De-a lungul timpului au existat diverse moduri de reprezentare a entalpiilor molare, inclusiv entalpia molară de fuziune. Simbolul universal acceptat pentru entalpie este H. Este o funcție de stare definită de diferența dintre energia internă a unui sistem și produsul fotovoltaic; cu alte cuvinte, H = U – PV. Cu toate acestea, atunci când vorbim despre entalpia unui proces cum ar fi fuziunea, și nu a unei substanțe, atunci ne referim cu adevărat la o modificare a entalpiei sistemului ca o consecință a procesului menționat. Din acest motiv, în aceste cazuri simbolul pentru entalpie este de fapt ΔH.

Deoarece este entalpia procesului de fuziune, fo „fus” este adăugat ca indice, adică ΔH _fus (deși f este rar folosit, deoarece poate fi confundat cu entalpia de formare, care este un concept diferit). În cele din urmă, există două moduri în care se indică de obicei că o entalpie este molară. În trecut, era obișnuit să se plaseze o bară deasupra simbolului. Totuși, din diverse motive, acest mod de reprezentare a mărimilor termodinamice molare este inadecvat, astfel că litera m (pentru molar) a fost înlocuită cu adăugarea ca indice, separată de indicele procesului printr-o virgulă. Aceasta înseamnă că simbolul acceptat în prezent pentru entalpia molară de fuziune este:

Entalpia molară standard de fuziune

Când presiunea la care se măsoară entalpia molară este presiunea standard de 1 atm (sau 1 bar, în funcție de convenția utilizată) și procesul de schimbare a fază are loc la punctul normal de topire (care corespunde punctului de topire la presiunea standard) , atunci se numește entalpia molară standard de fuziune, care este indicată prin adăugarea unui 0 ca exponent la simbolul entalpiei.

Unități de entalpie molară de fuziune

Unitățile entalpiei molare de fuziune sunt [energie]/[mol] sau, ceea ce este la fel, [energie].[mol] ^-1 . Aceste unități depind de sistemul de unități în care lucrați. Iată câteva exemple de unități utilizate în mod obișnuit în diferite domenii:

• Unitățile SI sunt J/mol sau J.mol ^-1 .
• kJ/mol sau kJ.mol ^-1 (aceste unități sunt foarte frecvente având în vedere ordinul de mărime al majorității entalpiilor molare de fuziune).
• cal/mol sau cal.mol ^-1 .
• kcal/mol sau kcal.mol ^-1 sau, ceea ce este același Cal/mol sau Cal.mol ^-1 (aceste unități sunt foarte frecvente având în vedere ordinul de mărime al majorității entalpiilor molare de fuziune).
• BTU/mol sau BTU.mol ^-1 (deseori folosit în inginerie).

Entalpia molară de fuziune față de căldura latentă de fuziune

Este o greșeală relativ comună să confundăm entalpia molară de fuziune cu căldura latentă de fuziune. Motivul este simplu: ambele se referă la cantitatea de căldură necesară pentru a topi sau topi o substanță solidă, în ambele cazuri schimbarea de fază are loc la presiune și temperatură constantă, în ambele cazuri are loc la punctul de topire al solidului și ambele sunt proprietățile intensive ale materiei. Cu toate acestea, ele nu sunt la fel.

Pentru început, căldura latentă de fuziune este reprezentată de simbolul L _fus sau L _f . Cu toate acestea, există o diferență conceptuală mai importantă legată de cantitatea de substanță la care se referă fiecare termen. În timp ce căldura molară de fuziune se referă la 1 mol de substanță , căldura latentă de fuziune reprezintă cantitatea de căldură necesară pentru a topi o unitate de masă a substanței, nu un mol. Adică căldura latentă este, în realitate, o căldură specifică de fuziune, ale cărei unități în SI sunt J/kg.

Determinarea entalpiei molare de fuziune

determinarea experimentală

Există diferite moduri de a determina entalpia molară de fuziune a unei substanțe. Se măsoară experimental folosind un calorimetru . De exemplu, dacă dorim să măsurăm căldura molară de fuziune a apei, putem introduce o masă cunoscută de apă solidă (gheață) într-un calorimetru cu capacitate termică cunoscută și apoi lăsăm gheața să se topească în timp ce controlăm temperatura. Apoi, cantitatea de căldură absorbită de gheață pentru a se topi poate fi determinată din modificarea temperaturii calorimetrului, care ne oferă cantitatea de căldură eliberată de acesta. Dacă folosim un calorimetru izobar, adică unul cu presiune constantă, această căldură reprezintă direct entalpia de fuziune a probei (notă: este entalpia de fuziune ΔH _fus, nu entalpia molară ΔH _m,fus ).

În cele din urmă, folosind masa de apă și masa ei molară (18,02 g/mol), se determină numărul de moli prezenți în probă și se calculează masa molară la topire folosind următoarea ecuație:

Determinarea din căldura latentă de fuziune

După cum sa menționat anterior, căldura latentă de fuziune este căldura pe unitatea de masă, mai degrabă decât pe mol. Din acest motiv, căldura latentă de fuziune poate fi transformată în căldură molară de fuziune pur și simplu prin înmulțirea acesteia cu masa molară a substanței:

Înainte de efectuarea calculului, trebuie verificată consistența unităților și efectuate orice transformări necesare.

determinarea teoretică

Entalpia molară de fuziune poate fi calculată și teoretic din alte mărimi termodinamice. De exemplu, dacă cunoaștem valorile entalpiilor standard de formare a solidului și a lichidului, precum și capacitățile termice respective ale acestora la presiune constantă (C p,m, s și, respectiv, C P, _m , l ₎ .

În aceste cazuri, legea lui Hess este utilizată pentru a stabili două moduri diferite de calculare a variației entalpiei de fuziune în condiții standard de temperatură și presiune, una direct și alta prin ducând solidul la punctul său normal de topire, efectuând topirea la respectivul temperatura și apoi aducerea lichidului la temperatura standard la care sunt raportate entalpiile standard de formare.

Adică, se calculează entalpia următoarelor procese:

Cele de mai sus reprezintă procesul într-o singură etapă în care o anumită cantitate de A trece din starea solidă la temperatura și presiunea standard a lui T ₀ și respectiv P ₀ la starea lichidă la aceeași temperatură și presiune. Entalpia acestui proces poate fi calculată direct din entalpiile standard de formare a lui A în ambele stări.

Acesta este același proces, realizat doar într-un mod diferit, aducând solidul la punctul de topire (T _fus ), topindu-l la acea temperatură și apoi aducând lichidul la temperatura standard T ₀ .

Deoarece ambele procese încep și se termină în aceleași stări, atunci Legea lui Hess indică faptul că modificările totale de entalpie trebuie să fie egale, prin urmare:

De aici, rezolvăm ecuația pentru a găsi entalpia molară de fuziune, care ne dă:

Referințe

Atkins, P. și dePaula, J. (2010). Atkins. Chimie fizică ( ^ed . a 8-a). Editorial Medical Panamerican.

Căldura latentă de fuziune . (nd). Fizica cu calculatorul. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/fusion/fusion.htm

Chang, R. (2002). Fizicochimie ( ^ed . I). MCGRAW HILL EDUCAȚIE.

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

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

LearnChemE. (2020, 13 octombrie). Calculați căldura de reacție la o temperatură ridicată [Video]. Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=dxBD0j2gzjo&t=252s

Căldura molară de fuziune a gheții . (2018, 5 aprilie). nanopdf. https://nanopdf.com/download/molar-heat-of-fusion-of-ice-5aec35580aeb3_pdf