Tabla de Contenidos
เอนทัลปี (H) เป็นคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ที่กำหนดเป็นผลรวมของพลังงานภายในของระบบอุณหพลศาสตร์ (U) และผลคูณของความดันและปริมาตร (PV) นั่นคือเอนทัลปีถูกกำหนดเป็น:
คุณสมบัตินี้มีลักษณะเป็นฟังก์ชันของรัฐ ซึ่งหมายความว่าค่าเอนทัลปีของระบบ ณ ช่วงเวลาหนึ่งขึ้นอยู่กับสถานะที่อยู่ในระบบเท่านั้น ไม่ใช่สถานะก่อนหน้าหรือสถานะที่จะเกิดขึ้นหลังจากนั้น นั่นคือ เอนทัลปีไม่ได้ขึ้นอยู่กับเส้นทางที่นำระบบไปสู่สถานะที่เป็นอยู่ แต่จะขึ้นอยู่กับสถานะปัจจุบันเท่านั้น
การเปลี่ยนแปลงเอนทัลปี
คำจำกัดความของเอนทัลปีในฐานะฟังก์ชันสถานะมีความหมายหลายประการ หนึ่งในนั้นคือเมื่อระบบมีการเปลี่ยนแปลงสถานะ การเปลี่ยนแปลงนี้อาจบ่งบอกถึงการเปลี่ยนแปลงในเอนทัลปีของระบบ กล่าวอีกนัยหนึ่ง แต่ละกระบวนการที่ระบบอยู่ภายใต้การเปลี่ยนแปลงที่เกี่ยวข้องหรือการเปลี่ยนแปลงในเอนทัลปี; การแปรผันนี้แสดงเป็น ΔH และอาจเป็นค่าบวก ลบ หรือแม้แต่ศูนย์ก็ได้
เนื่องจากวิธีกำหนดเอนทาลปีและเป็นผลจากกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีของกระบวนการที่ระบบทำงานขยายตัวที่ความดันคงที่เท่านั้นจึงเท่ากับความร้อนที่ระบบดังกล่าวดูดซับไว้ กล่าวอีกนัยหนึ่งในกรณีที่ไม่มีงานประเภทอื่น
โดยที่ qP คือความร้อนที่ระบบดูดซับไว้ในระหว่างกระบวนการที่ความดันคงที่ ผลลัพธ์นี้มีความสำคัญอย่างยิ่งเนื่องจากปฏิกิริยาเคมีจำนวนมากเกิดขึ้นที่ความดันคงที่ ด้วยเหตุนี้ การทดลองวัดปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาหรือถูกดูดซับในระหว่างกระบวนการเหล่านี้ทำให้สามารถวัดการเปลี่ยนแปลงค่าเอนทาลปีของระบบทางอ้อมได้
คุณลักษณะนี้ก่อให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าเทอร์โมเคมี ซึ่งไม่มีอะไรมากไปกว่าส่วนของอุณหพลศาสตร์ (หรือเคมี) ที่ศึกษาการถ่ายเทความร้อนที่เกิดจากการเกิดปฏิกิริยาเคมี
กฎของเฮสส์
ความหมายที่สองที่เอนทาลปีเป็นฟังก์ชันของรัฐแสดงออกมาในรูปของกฎของเฮสส์. ในส่วนที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมี กฎข้อนี้กล่าวว่า “เมื่อสารตั้งต้นถูกแปลงเป็นผลิตภัณฑ์ การเปลี่ยนแปลงของเอนทัลปีจะเหมือนกันโดยไม่คำนึงว่าปฏิกิริยาจะดำเนินการในขั้นตอนเดียวหรือหลายขั้นตอน” ซึ่งหมายความว่าถ้าเราเริ่มต้นด้วยสารตั้งต้น A และจบลงด้วยผลิตภัณฑ์ B ΔH ของปฏิกิริยาดังกล่าวจะไม่ขึ้นกับวิธีที่เกิดปฏิกิริยา ในทางกลับกัน นี่หมายความว่าเราสามารถคำนวณ ΔH ของปฏิกิริยาได้ง่ายๆ โดยการเพิ่มค่า ΔH ของชุดของปฏิกิริยาที่จัดการเพื่อเปลี่ยนสารตั้งต้นเดียวกันให้เป็นผลิตภัณฑ์เดียวกัน วิธีหลังเป็นหนึ่งในวิธีปฏิบัติทั่วไปมากที่สุดในอุณหเคมีและเป็นสิ่งที่เกี่ยวกับปัญหาตัวอย่างต่อไปนี้
แก้ปัญหาการคำนวณการเปลี่ยนแปลงเอนทัลปีของปฏิกิริยาโดยใช้กฎของเฮสส์
คำแถลง:
คำนวณการเปลี่ยนแปลงเอนทัลปีสำหรับปฏิกิริยาต่อไปนี้โดยใช้กฎของเฮสส์
ให้เอนทาลปีของปฏิกิริยาต่อไปนี้:
สารละลาย
ในการคำนวณการแปรผันหรือการเปลี่ยนแปลงของเอนทัลปีโดยใช้กฎของเฮสส์ เราต้องหาวิธีรวมสมการเคมีที่เราได้รับมาเป็นข้อมูล เพื่อที่ว่าเมื่อนำมารวมกัน จะได้สมการของปฏิกิริยาเคมีที่เราต้องการคำนวณการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปี
สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการจัดการสมการเคมีในหลายๆ วิธี รวมถึงการกลับสมการ การคูณด้วยค่าคงที่ หรือการหารด้วยค่าคงที่ สิ่งที่สำคัญที่สุดที่ต้องจำไว้ก็คือ ทุกอย่างที่ทำกับสมการเคมีจะต้องทำให้มีค่าเป็น ΔH ด้วยเช่นกัน นั่นคือ:
- เมื่อกลับสมการหรือพลิกสมการเทอร์โมเคมี เครื่องหมายของการเปลี่ยนแปลงเอนทัลปีจะต้องกลับด้านด้วย
- เมื่อคูณสมการทั้งหมดด้วยค่าคงที่ การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีจะต้องคูณด้วยค่าคงที่เดียวกันด้วย
- เมื่อหารสมการเคมีด้วยค่าคงที่ การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีจะต้องหารด้วยค่าคงที่เดียวกันด้วย
มาดูขั้นตอนที่จำเป็นในการใช้หลักการเหล่านี้อย่างมีประสิทธิภาพ:
ขั้นตอนที่ 1: ค้นหาสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ที่ปรากฏในปฏิกิริยาที่กำหนดในด้านที่ถูกต้องของสมการ
กลยุทธ์ทั่วไปที่สามารถใช้ได้กับปัญหาเหล่านี้ส่วนใหญ่คือการดูทีละตัวสำหรับสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาที่ไม่รู้จัก นั่นคือตัวที่เราต้องการคำนวณค่าเอนทาลปีในปฏิกิริยาทั้งหมดที่เราได้รับเป็นข้อมูล . ต่อไป คุณต้องแน่ใจว่าสารประกอบที่คุณสนใจอยู่ทางด้านขวาของสมการ มิฉะนั้นสมการจะกลับรายการ
ตัวอย่างเช่น ในปัญหาปัจจุบัน เราสนใจธาตุอะลูมิเนียมและธาตุเหล็กออกไซด์ที่ปรากฏในสารตั้งต้นของปฏิกิริยาซึ่งทราบค่าเอนทาลปี ดังที่เห็นได้ นี่แสดงถึงการกลับสมการทั้งสอง เช่นเดียวกับการกลับเครื่องหมายของการเปลี่ยนแปลงเอนทัลปี:
โดยการกลับสมการเหล่านี้ เราสามารถวางสารตั้งต้นไว้ด้านที่เราต้องการได้ แต่ในขณะเดียวกันเราก็วางผลิตภัณฑ์ในด้านที่ถูกต้อง อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้ยังไม่พร้อม เนื่องจากผลรวมของปฏิกิริยาทั้งสองนี้ไม่ได้ให้ปฏิกิริยาที่ต้องการ
ขั้นตอนที่ 2: คูณหรือหารค่าสัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์เมื่อจำเป็น
ควรเข้าใจว่าคุณต้องการผลรวมของสมการเคมีที่กำหนดเพื่อให้สมการที่ไม่รู้จัก ซึ่งหมายความว่าทุกสายพันธุ์ที่ไม่ปรากฏในรายการสุดท้ายจะต้องถูกยกเลิก และสายพันธุ์อื่นๆ ทั้งหมดจะต้องมีค่าสัมประสิทธิ์สัมพันธ์สัมพันธ์ที่เหมาะสม
ในปัญหาของเรา คุณจะเห็นว่าปฏิกิริยาที่ได้รับเป็นข้อมูลนั้นเกี่ยวข้องกับโมเลกุลออกซิเจน ซึ่งไม่มีอยู่ในปฏิกิริยาที่เรากำลังค้นหา ดังนั้นเราต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่ามันยกเลิกเมื่อเพิ่มสมการ เพื่อให้สิ่งนี้เกิดขึ้นและยิ่งไปกว่านั้น เพื่อให้ค่าสัมประสิทธิ์ของเหล็กและเฟอริกออกไซด์ถูกต้อง สมการที่สองจะต้องหารด้วย 2 รวมทั้งค่าเอนทัลปีด้วย กล่าวคือ:
ซึ่งส่งผลให้:
ขั้นตอนที่ 3: เพิ่มสมการ
โดยการให้สารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ทั้งหมดอยู่ด้านที่ถูกต้องและด้วยค่าสัมประสิทธิ์ที่ถูกต้อง สมการและค่าเอนทาลปีของพวกมันสามารถถูกเพิ่มเข้าไป เพื่อให้ได้ค่าเอนทาลปีที่เรากำลังมองหา:
ในที่สุด เราพบว่าการเปลี่ยนแปลงเอนทัลปีของปฏิกิริยาคือ:
คำตอบ:
ปฏิกิริยาระหว่างอะลูมิเนียมกับเฟอริกออกไซด์เพื่อให้เหล็กและอะลูมิเนียมออกไซด์มีการเปลี่ยนแปลงเอนทัลปีมาตรฐานที่ -845.6 กิโลจูล/โมล
อ้างอิง
- Atkins, P., & dePaula, J. (2008). เคมีเชิงฟิสิกส์ ( ฉบับ ที่ 8 ) บรรณาธิการการแพทย์ Panamerican
- Britannica บรรณาธิการของสารานุกรม (2563, 9 เมษายน). เอนทัลปี | ความหมายสมการและหน่วย สารานุกรมบริแทนนิกา. https://www.britannica.com/science/enthalpy
- Chang, R., & Goldsby, K. (2013). เคมี ( ฉบับ ที่ 11 ) McGraw-Hill Interamericana de España SL
- การร่างคำนิยามแนวคิด (2563, 16 ธันวาคม). กฎของเฮสส์ แนวคิดของ – คำจำกัดความของ. https://conceptodefinicion.de/ley-de-hess/
- Suárez, T., Fontal, B., Reyes, M., Bellandi, F., Contreras, R., & Romero, I. (2005) หลักการเทอร์โมเคมี . VII โรงเรียนเวเนซุเอลาเพื่อการสอนเคมี http://www.saber.ula.ve/bitstream/handle/123456789/16744/termoquimica.pdf?sequence=1&isAllowed=y
