Problemă de probă de calcul al modificării entalpiei

Entalpia (H) este o proprietate termodinamică definită ca suma energiei interne a unui sistem termodinamic (U) și produsul presiunii și volumului acestuia (PV). Adică, entalpia este definită ca:

Această proprietate se caracterizează prin faptul că este o funcție de stare. Aceasta înseamnă că valoarea entalpiei unui sistem la un moment dat depinde doar de starea în care se află și nu de starea imediat anterioară sau de cea care va veni după. Adică, entalpia nu depinde de calea care a condus sistemul la starea în care se află, ci doar de care este starea curentă.

modificarea entalpiei

Definiția entalpiei ca funcție de stare are mai multe implicații. Una dintre ele este că atunci când un sistem suferă o schimbare de stare, această schimbare poate implica, la rândul său, o modificare a entalpiei sistemului. Cu alte cuvinte, fiecare proces la care este supus un sistem are asociată o modificare sau variație a entalpiei; această variație se notează cu ΔH și poate fi pozitivă, negativă sau chiar zero.

Datorită modului în care este definită entalpia și ca o consecință a primei legi a termodinamicii, modificarea de entalpie a unui proces în care sistemul efectuează doar lucrări de dilatare la presiune constantă este egală cu căldura pe care sistemul respectiv o absoarbe. Cu alte cuvinte, în absența altor tipuri de muncă,

unde qP _este căldura absorbită de sistem în timpul unui proces la presiune constantă. Acest rezultat este de mare importanță deoarece un număr mare de reacții chimice au loc la presiune constantă; Din acest motiv, măsurarea experimentală a cantității de căldură eliberată sau absorbită în timpul acestor procese face posibilă măsurarea indirectă a modificării entalpiei sistemului.

Această caracteristică dă naștere a ceea ce este cunoscut sub numele de termochimie, care nu este altceva decât partea a termodinamicii (sau chimiei) care studiază transferurile de căldură cauzate de apariția reacțiilor chimice.

legea lui Hess

A doua implicație că entalpia este o funcție de stare este exprimată sub forma legii lui Hess. În legătură cu reacțiile chimice, această lege spune că „atunci când reactanții sunt transformați în produse, modificarea entalpiei este aceeași, indiferent dacă reacția se desfășoară într-o singură etapă sau într-o serie de etape”. Aceasta înseamnă că dacă începem cu reactantul A și ajungem cu produsul B, ΔH reacției respective este independent de modul în care a avut loc reacția. Aceasta, la rândul său, implică faptul că putem calcula ΔH unei reacții pur și simplu prin adăugarea valorilor ΔH ale unui set de reacții care reușesc să transforme aceiași reactanți în aceiași produși. Aceasta din urmă este una dintre cele mai comune practici în termochimie și tocmai despre ce este vorba în următoarea problemă eșantion.

Problemă rezolvată de calcul a variației de entalpie a unei reacții folosind legea lui Hess

Afirmație:

Calculați modificarea de entalpie pentru următoarea reacție folosind legea lui Hess,

Având în vedere entalpiile următoarelor reacții:

Soluţie

Pentru a calcula variația sau modificarea entalpiei folosind legea lui Hess, trebuie să găsim o modalitate de a combina ecuațiile chimice care ni se oferă ca date, astfel încât, atunci când sunt adăugate, să rezulte ecuația reacției chimice a cărei modificare de entalpie dorim să o calculăm.

Aceasta implică manipularea ecuațiilor chimice într-o varietate de moduri, inclusiv inversarea lor, înmulțirea cu valori constante sau împărțirea la valori constante. Cel mai important lucru de reținut este că tot ceea ce se face cu ecuația chimică trebuie făcut, de asemenea, la valoarea sa de ΔH. Acesta este:

1. Când se inversează sau se inversează o ecuație termochimică, semnul modificării entalpiei acesteia trebuie, de asemenea, inversat.
2. Când înmulțiți o întreagă ecuație cu o constantă, atunci modificarea entalpiei trebuie, de asemenea, înmulțită cu aceeași constantă.
3. Când împărțiți o ecuație chimică la o constantă, atunci variația de entalpie trebuie împărțită și la aceeași constantă.

Să ne uităm la pașii necesari pentru aplicarea eficientă a acestor principii:

Pasul 1: Localizați reactanții și produșii care apar în reacțiile date în partea corectă a ecuației

O strategie generală care poate fi aplicată în majoritatea acestor probleme este de a căuta unul câte unul reactanții și produșii reacției necunoscute, adică cel a cărui entalpie dorim să o calculăm, în toate reacțiile care ni se dau drept date. . Apoi, trebuie să vă asigurați că compusul care vă interesează este în partea dreaptă a ecuației; în caz contrar, ecuația este inversată.

De exemplu, în prezenta problemă, ne interesează aluminiul elementar și oxidul de fier care apar printre reactanții reacțiilor ale căror entalpii sunt cunoscute. După cum se poate observa, aceasta implică inversarea ambelor ecuații, precum și inversarea semnului modificărilor lor de entalpie:

Pasul 2: Înmulțiți sau împărțiți coeficienții stoichiometrici atunci când este necesar

Trebuie înțeles că doriți ca suma ecuațiilor chimice date să dea ecuația necunoscută. Aceasta implică faptul că fiecare specie care nu apare în ultima trebuie anulată și toate celelalte specii trebuie să aibă coeficienții stoichiometrici corespunzători.

În problema noastră se poate observa că reacțiile date ca date implică oxigen molecular, care nu este prezent în reacția pe care o căutăm, așa că trebuie să ne asigurăm că se anulează la adăugarea ecuațiilor. Pentru ca acest lucru să se întâmple și, în plus, pentru ca coeficienții de fier și oxid feric să fie corecti, a doua ecuație trebuie împărțită la 2, precum și entalpia ei. Adică:

Ceea ce are ca rezultat:

Pasul 3: Adăugați ecuațiile

Având toți reactanții și produșii pe partea corectă și cu coeficienții corecti, se pot adăuga ecuațiile și entalpiile respective, pentru a obține entalpia pe care o căutăm:

Răspuns:

Reacția dintre aluminiu și oxidul feric pentru a da fier și oxid de aluminiu are o modificare standard de entalpie de -845,6 kJ/mol.

Referințe

• Atkins, P., & dePaula, J. (2008). Chimie fizică ( ^ed . a 8-a). Editorial Medical Panamerican.
• Britannica, Editorii Enciclopediei. (2020, 9 aprilie). Entalpie | Definiție, ecuație și unități . Enciclopedia Britannica. https://www.britannica.com/science/enthalpy
• Chang, R. și Goldsby, K. (2013). Chimie ( ^ed . a 11-a). McGraw-Hill Interamericana de España SL
• Definirea conceptului de redactare. (2020, 16 decembrie). Legea lui Hess . Conceptul de – Definiția. https://conceptodefinicion.de/ley-de-hess/
• Suárez, T., Fontal, B., Reyes, M., Bellandi, F., Contreras, R., & Romero, I. (2005). Principiile termochimiei . VII Școala Venezueleană pentru Predarea Chimiei. http://www.saber.ula.ve/bitstream/handle/123456789/16744/termoquimica.pdf?sequence=1&isAllowed=y