Tabla de Contenidos
Den molära fusionsentalpin , ibland även kallad den molära fusionsvärmen, är entalpiförändringen av fasförändring från fast till flytande av en mol substans vid dess smältpunkt . Eftersom entalpiförändringen är ekvivalent med värmen från en process som utförs vid konstant tryck, kan vi också definiera den molära fusionsentalpin som den mängd värme som krävs för att passera en mol substans från fast tillstånd till flytande tillstånd i dess smältning punkt och konstant tryck.
Denna entalpi är en intensiv egenskap hos materia, så den beror enbart på dess sammansättning och inte på mängden av provet som man arbetar med, inte heller på systemets förlängning eller storlek. Det är med andra ord en karakteristisk egenskap hos varje material och avser i allmänhet rena ämnen.
Till exempel är entalpin för fusion av vatten vid ett tryck av 1 atm 6,02 kJ/mol, vilket betyder att det krävs 6,02 kJ för att smälta eller smälta 18 g fast vatten eller is (massa som motsvarar en mol vatten) som är vid 0°C och därmed omvandla dem till 18 g flytande vatten, också vid 0°C.
Symbol för molar fusionsentalpi
Olika sätt att representera molära entalpier har funnits över tiden, inklusive molar entalpi av fusion. Den universellt accepterade symbolen för entalpi är H. Det är en tillståndsfunktion som definieras av skillnaden mellan den interna energin i ett system och PV-produkten; med andra ord, H = U – PV. Men när vi talar om entalpin för en process som fusion, och inte för en substans, då syftar vi egentligen på en förändring i systemets entalpi som en konsekvens av nämnda process. Av denna anledning är symbolen för entalpi i dessa fall faktiskt ΔH.
Eftersom det är entalpin för fusionsprocessen, läggs fo ”fus” till som en sänkning, det vill säga ΔH fus (även om f sällan används eftersom det kan förväxlas med bildningsentalpin, vilket är ett annat koncept). Slutligen finns det två sätt på vilka det vanligtvis anges att en entalpi är molär. Tidigare var det brukligt att placera en stapel ovanför symbolen. Men av olika anledningar är detta sätt att representera molära termodynamiska kvantiteter otillräckligt, så bokstaven m (för molar) ersattes av tillägget som en sänkning, separerad från processens sänkning med ett kommatecken. Detta betyder att den för närvarande accepterade symbolen för den molära fusionsentalpin är:
Den vanliga molära entalpin för fusion
När trycket vid vilket den molära entalpin mäts är standardtrycket på 1 atm (eller 1 bar, beroende på vilken konvention som används) och fasändringsprocessen sker vid normal smältpunkt (vilket motsvarar smältpunkten vid standardtryck) , då kallas den för den vanliga molära fusionsentalpin, vilket indikeras genom att lägga till en 0 som en exponent till entalpisymbolen.
Enheter för molär fusionsentalpi
Enheterna för den molära fusionsentalpin är [energi]/[mol] eller, vad är detsamma, [energi].[mol] -1 . Dessa enheter beror på vilket enhetssystem du arbetar i. Här är några exempel på enheter som ofta används inom olika områden:
- SI-enheter är J/mol eller J.mol -1 .
- kJ/mol eller kJ.mol -1 (dessa enheter är mycket vanliga med tanke på storleksordningen för de flesta molära fusionsentalpier).
- kal/mol eller kal.mol -1 .
- kcal/mol eller kcal.mol -1 eller, vad är samma Cal/mol eller Cal.mol -1 (dessa enheter är mycket vanliga med tanke på storleksordningen för de flesta molära fusionsentalpier).
- BTU/mol eller BTU.mol -1 (används ofta inom teknik).
Den molära fusionsentalpin kontra det latenta fusionsvärmet
Det är ett relativt vanligt misstag att blanda ihop den molära fusionsentalpin med den latenta fusionsvärmen. Anledningen är enkel: båda hänvisar till mängden värme som behövs för att smälta eller smälta ett fast ämne, i båda fallen sker fasförändringen vid konstant tryck och temperatur, i båda fallen sker den vid smältpunkten för det fasta ämnet, och båda är materias intensiva egenskaper. De är dock inte samma sak.
Till att börja med representeras det latenta fusionsvärmet av symbolen L fus eller L f . Det finns dock en viktigare begreppsmässig skillnad relaterad till mängden substans varje term refererar till. Medan det molära fusionsvärmet hänvisar till 1 mol av ett ämne , representerar det latenta fusionsvärmet den mängd värme som krävs för att smälta en massaenhet av ämnet, inte en mol. Det vill säga att den latenta värmen i verkligheten är ett specifikt fusionsvärme, vars enheter i SI är J/kg.
Bestämning av molar fusionsentalpi
experimentell bestämning
Det finns olika sätt att bestämma molärentalpin för fusion av ett ämne. Den mäts experimentellt med en kalorimeter . Om vi till exempel vill mäta det molära smältvärmet av vatten, kan vi införa en känd massa fast vatten (is) i en kalorimeter med känd värmekapacitet och sedan låta isen smälta samtidigt som vi kontrollerar temperaturen. Sedan kan mängden värme som absorberas av isen för att smälta bestämmas från förändringen i temperatur på kalorimetern, vilket ger oss mängden värme som frigörs av den. Om vi använder en isobar kalorimeter, det vill säga en med konstant tryck, representerar denna värme direkt provets fusionsentalpin (obs: det är fusionsentalpin ΔH fusinte den molära entalpin ΔH m,fus ).
Slutligen, med hjälp av vattenmassan och dess molära massa (18,02 g/mol), bestäms antalet mol som fanns i provet och den smältande molmassan beräknas med hjälp av följande ekvation:
Bestämning från den latenta fusionsvärmen
Som nämnts tidigare är det latenta smältvärmet värmen per massenhet snarare än per mol. Av denna anledning kan det latenta fusionsvärmet omvandlas till det molära fusionsvärmet helt enkelt genom att multiplicera det med ämnets molära massa:
Innan beräkningen utförs måste enhetligheten hos enheterna kontrolleras och eventuella nödvändiga omvandlingar utföras.
teoretisk bestämning
Den molära fusionsentalpin kan också beräknas teoretiskt från andra termodynamiska storheter. Till exempel, om vi känner till värdena för standardentalpierna för bildning av det fasta ämnet och vätskan, såväl som deras respektive värmekapaciteter vid konstant tryck (C p,m, s respektive C P, m , l ) .
I dessa fall används Hess’ lag för att fastställa två olika sätt att beräkna entalpivariationen av fusion under standardförhållanden för temperatur och tryck, det ena direkt och det andra genom att ta det fasta ämnet till dess normala smältpunkt, utföra smältningen vid nämnda temperatur och sedan bringa vätskan till standardtemperaturen vid vilken standardentalpierna för bildning rapporteras.
Det vill säga entalpin för följande processer beräknas:
Ovanstående representerar enstegsprocessen i vilken en viss mängd A passerar från det fasta tillståndet vid standardtemperaturen och trycket för T 0 respektive P 0 , till det flytande tillståndet vid samma temperatur och tryck. Entalpin för denna process kan beräknas direkt från standardentalpierna för bildning av A i båda tillstånden.
Detta är samma process, endast utförd på ett annat sätt, vilket bringar det fasta ämnet till smältpunkten (T fus ), smälter det vid den temperaturen och bringar sedan vätskan till standardtemperaturen T 0 .
Eftersom båda processerna startar och slutar i samma tillstånd, indikerar Hess lag att de totala entalpiförändringarna måste vara lika, därför:
Härifrån löser vi ekvationen för att hitta den molära entalpin för fusion, vilket ger oss:
Referenser
Atkins, P., & dePaula, J. (2010). Atkins. Physical Chemistry (8: e upplagan ). Panamerican Medical Editorial.
Latent smältvärme . (nd). Fysik med dator. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/fusion/fusion.htm
Chang, R. (2002). Fysikalisk kemi (1: a uppl. ). MCGRAW HILL UTBILDNING.
Fusionsentalpi. Educaplus (2021). http://www.educaplus.org/elementos-quimicos/propiedades/entalpia-fusion.html
Fusionsvärme. (2020, 15 augusti). https://chem.libretexts.org/@go/page/1936
LearnChemE. (2020, 13 oktober). Beräkna reaktionsvärme vid förhöjd temperatur [ Video]. Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=dxBD0j2gzjo&t=252s
Molär värme av fusion av is . (2018, 5 april). nanopdf. https://nanopdf.com/download/molar-heat-of-fusion-of-ice-5aec35580aeb3_pdf
