Tabla de Contenidos
Nhiệt tạo thành, còn gọi là entanpi tạo thành hay entanpi tạo thành tiêu chuẩn, là lượng nhiệt sinh ra trong quá trình tạo thành 1 mol chất hóa học từ các nguyên tố cấu thành nó khi chúng ở trạng thái tiêu chuẩn, nghĩa là, ở dạng tự nhiên ổn định nhất của nó ở 25 °C. Theo nghĩa này, nhiệt hình thành thể hiện sự khác biệt về entanpy giữa sản phẩm và chất phản ứng của phản ứng hóa học được thực hiện ở 25 ° C, trong đó sản phẩm duy nhất là 1 mol chất quan tâm, trong khi chất phản ứng hoặc các chất phản ứng là các nguyên tố tạo nên chất nói trên ở trạng thái tự nhiên ổn định nhất ở nhiệt độ nói trên.
Entanpy của sự hình thành được biểu thị bằng ký hiệu Δ f H° X , trong đó f chỉ ra rằng đó là entanpy của sự hình thành chất X (X tương ứng với công thức hóa học hoặc tên của chất được tạo thành) và ký hiệu ° là được sử dụng để biểu thị các điều kiện phản ứng tiêu chuẩn, trong trường hợp này là T = 25 °C hoặc 298,15 K.
Ví dụ, nhiệt tạo thành nước được biểu diễn bằng Δ f H° H2O và tương ứng với hiệu số entanpy của phản ứng sau được thực hiện ở 25 °C:
Lưu ý thực hành tốt: Trước đây, người ta thường đặt f của sự tạo thành là chỉ số dưới của H khi biểu thị entanpy hoặc nhiệt tạo thành (nghĩa là ΔH f ° X ). Tuy nhiên, về mặt khái niệm thì đây là một sai lầm, vì entanpi (H) là tính chất của chất chứ không phải của quá trình hình thành chất nên nó không được mang chữ f. Mặt khác, ký hiệu Δ (delta) biểu thị sự khác biệt giữa trạng thái cuối cùng và trạng thái ban đầu, có liên quan đến quá trình hình thành, đó là lý do tại sao hiện tại f được đặt dưới dạng chỉ số dưới của nó.
phản ứng hình thành
Trên đây là một ví dụ về phản ứng hình thành (phản ứng hình thành nước). Các chi tiết quan trọng cần tính đến để nhận ra phản ứng hình thành là:
- Chỉ nên có một sản phẩm (trong trường hợp này là H 2 O).
- Hệ số cân bằng hóa học của sản phẩm phải là 1.
- Tất cả các chất phản ứng phải là các chất nguyên tố (trong trường hợp này là hydro và oxy), không phải là hợp chất.
- Dạng thù hình của mỗi chất phản ứng có mặt phải tương ứng với dạng thù hình ổn định nhất trong điều kiện tiêu chuẩn (trong trường hợp của nguyên tố hydro, đó là khí hydro phân tử và trong trường hợp oxy, đó là khí oxy phân tử).
Các mặt hàng ở trạng thái tiêu chuẩn
Một số ví dụ về các nguyên tố ở trạng thái tự nhiên ổn định nhất tương ứng của chúng trong điều kiện tiêu chuẩn là:
| Yếu tố | Dạng ổn định nhất ở điều kiện tiêu chuẩn | Yếu tố | Dạng ổn định nhất ở điều kiện tiêu chuẩn |
| hydro | H2 (g) | Ôxy | HOẶC 2(g) |
| nitơ | Số 2(g) | flo | F2 (g) |
| clo | Cl 2(g) | nước brom | Br 2(l) |
| iốt | Tôi 2(s) | thủy ngân | Hg (l) |
| Carbon | C (vâng, vẽ bậy) | lưu huỳnh | S (s, hình thoi) |
| Bạc | Ag (s) | Sắt | Niềm tin (s) |
entanpy là gì?
Enthalpy là một hàm trạng thái đặc trưng cho một hệ thống như hợp chất hóa học, khí nén bên trong pít-tông hoặc thậm chí là một hành tinh quay quanh một ngôi sao. Thuộc tính này được biểu thị bằng ký hiệu H (xuất phát từ từ nhiệt trong tiếng Anh, heat ) và, theo quan điểm nhiệt động lực học, được định nghĩa là tổng năng lượng bên trong của một hệ thống (U) và tích của áp suất của nó. .và khối lượng của nó (sản phẩm PV). Điều đó có nghĩa là:
Ngoại trừ các hệ thống rất đơn giản như khí lý tưởng, entanpy tuyệt đối (H) không thể đo được bằng thực nghiệm hoặc tính toán dễ dàng. Điều này là do, đối với các hệ tương đối phức tạp, việc xác định năng lượng bên trong (U) là vô cùng phức tạp, vì phải xem xét quá nhiều biến số đến từ sự tương tác giữa các hạt tạo nên hệ.
Tuy nhiên, như sẽ thấy trong phần tiếp theo, sự thay đổi entanpy trong các quá trình khác nhau có thể được đo bằng thực nghiệm, điều này cho phép thiết lập các giá trị entanpy tương đối, trong đó entanpi hình thành đóng vai trò thiết yếu.
Đó là nhiệt của phản ứng hay entanpy của phản ứng?
Do định nghĩa nhiệt động học của entanpy (H=U+PV), có thể chứng minh bằng toán học rằng sự thay đổi entanpy (ΔH) của một quá trình được thực hiện ở áp suất không đổi bằng với nhiệt lượng mà hệ thống giải phóng hoặc hấp thụ trong quá trình nói trên. quá trình. Đó là, nói chung:
trong đó Q P đại diện cho nhiệt ở áp suất không đổi. Điều này có nghĩa là, mặc dù chúng ta không thể đo H, nhưng chúng ta có thể đo ΔH, vì nhiệt có thể đo được. Điều tương tự cũng xảy ra với điện thế hoặc hiệu điện thế, V, mà chúng ta không thể đo trực tiếp bằng vôn kế, nhưng chúng ta có thể đo hiệu điện thế, ΔV. Điều này mở ra khả năng thiết lập thang đo entanpy tương đối, miễn là chúng ta tìm thấy hoặc xác định một hệ quy chiếu mà chúng ta liên kết giá trị bằng không.
Trong trường hợp điện áp, số 0 thường là điện áp đất. Trong trường hợp entanpy, số 0 bao gồm các nguyên tố nguyên chất ở trạng thái tiêu chuẩn hoặc dạng thù hình tự nhiên ổn định nhất ở 25°C.
Mẹo chuyên nghiệp: Cách chính xác để đề cập đến entanpy của một quá trình, chẳng hạn như phản ứng hình thành phải là “sự thay đổi entanpy” vì nó là ΔH. Điều này sẽ cho phép phân biệt nó với entanpy tuyệt đối hoặc H. Tuy nhiên, vì phản ứng hình thành rõ ràng là một quá trình thay đổi từ trạng thái ban đầu sang trạng thái cuối cùng, nên không cần phải nói đến từ “biến thể”. Vì vậy, bất cứ khi nào người ta nói về entanpy của một quá trình, người ta đang nói về giá trị của ΔH, trong khi đó, khi người ta nói về entanpy của một hệ thống như một chất tinh khiết ở một trạng thái cụ thể, người ta nói đến một entanpy tuyệt đối (H ) .
Đơn vị nhiệt hình thành
Vì entanpy là tổng năng lượng và sản phẩm PV, hơn nữa, chênh lệch entanpy cũng biểu thị nhiệt ở áp suất không đổi, đơn vị nhiệt tạo thành là đơn vị năng lượng trên mỗi mol ([Năng lượng]/mol hoặc [Năng lượng].mol – 1 ). Trong hầu hết các trường hợp, đơn vị là kJ.mol -1 , nhưng trong một số trường hợp, kcal.mol -1 cũng được sử dụng.
Nhiệt hình thành được đo như thế nào?
Nhiệt hình thành của một chất hóa học thường không được đo trực tiếp vì trong phần lớn các trường hợp, không thể thực hiện phản ứng hình thành. Chỉ một số phản ứng hình thành có thể được thực hiện trong phòng thí nghiệm, chẳng hạn như sự hình thành nước bằng cách đốt cháy khí hydro hoặc sự hình thành carbon dioxide bằng cách đốt cháy than chì carbon.
Tuy nhiên, không thể sản xuất trực tiếp một hợp chất hóa học như benzen từ cacbon than chì và hydro. Giải pháp cho vấn đề này được tìm thấy trong Định luật Hess . Thay vào đó, những gì được thực hiện là nhiệt của một phản ứng trong đó chất tham gia được đo và phản ứng đó cũng liên quan đến các chất mà chúng ta biết entanpy hình thành. Một ví dụ rất phổ biến là sử dụng các phản ứng đốt cháy, vì entanpy của sự hình thành oxy theo định nghĩa bằng không, và entanpy của nước và carbon dioxide có thể được đo trực tiếp, như chúng tôi vừa giải thích.
Ví dụ:
Giả sử chúng ta muốn xác định nhiệt tạo thành của benzen (C 6 H 6 ). Trong trường hợp này, chúng tôi sẽ tiến hành đốt cháy benzen có phương trình hóa học được trình bày bên dưới và chúng tôi sẽ đo entanpy của phản ứng:
Sau đó, sử dụng Định luật Hess và nhiệt tạo thành CO 2 và H 2 O, nhiệt tạo thành benzen hóa ra là:
Nhưng làm thế nào để đo entanpy của các phản ứng như đốt cháy? Nó được thực hiện bằng cách sử dụng một kỹ thuật gọi là phép đo nhiệt lượng.
phép đo nhiệt lượng
Entanpy phản ứng được đo bằng phép đo nhiệt lượng. Kỹ thuật này bao gồm thực hiện phản ứng hóa học bên trong nhiệt lượng kế có tổng nhiệt dung đã biết (C Cal ), sau đó đo sự thay đổi nhiệt độ của nhiệt lượng kế do nhiệt lượng tỏa ra hoặc hấp thụ bởi phản ứng (ΔT = T f – T tôi ). Sự thay đổi nhiệt độ này được sử dụng để tính toán lượng nhiệt giải phóng hoặc hấp thụ bởi nhiệt lượng kế (là giá trị âm của nhiệt được hấp thụ hoặc giải phóng bởi phản ứng) theo phương trình sau:
Có hai loại nhiệt lượng kế chính, loại hoạt động ở áp suất không đổi và loại hoạt động ở thể tích không đổi. Trong trường hợp đo nhiệt lượng ở áp suất không đổi, nhiệt lượng được tính theo phương trình trước đo trực tiếp entanpy của phản ứng (Q r = Δ r H° = – Q Cal , hãy nhớ rằng entanpy của một quá trình ở áp suất không đổi bằng nhiệt lượng của quá trình nói trên). Tuy nhiên, kỹ thuật này không phải lúc nào cũng dễ thực hiện.
Nhiệt lượng kế thể tích không đổi phổ biến hơn và dễ vận hành hơn. Hình dưới đây cho thấy sơ đồ của một nhiệt lượng kế thể tích không đổi điển hình chỉ ra các bộ phận của nó.
Nhiệt đo được trong phép đo nhiệt lượng thể tích không đổi biểu thị sự thay đổi năng lượng bên trong của hệ thống do phản ứng, chứ không phải entanpy. Tuy nhiên, điều này có liên quan đến entanpy của phản ứng thông qua phương trình sau:
Trong đó Δ r n khí biểu thị sự biến thiên số mol khí giữa sản phẩm và chất phản ứng của phản ứng hóa học tham gia. Từ phương trình này, entanpy của phản ứng thu được như sau:
Entanpy của sự hình thành hoặc nhiệt hình thành được sử dụng để làm gì?
# 1 Nó được sử dụng để xác định entanpy phản ứng.
Entanpy tuân theo Định luật Hess, đây là một cách diễn đạt thực tế rằng entanpy là một hàm trạng thái. Định luật này quy định rằng “khi các chất phản ứng được chuyển đổi thành sản phẩm trong một phản ứng hóa học, sự thay đổi entanpy là như nhau bất kể phản ứng được thực hiện trong một bước hay nhiều bước. ” Nói cách khác, định luật Hess phát biểu rằng sự thay đổi entanpy không phụ thuộc vào con đường đi từ chất phản ứng đến sản phẩm.
Một hệ quả của Định luật Hess là vì chúng ta có thể viết các phản ứng hình thành cho bất kỳ hợp chất nào tồn tại và vì chúng ta có thể điều khiển các phản ứng hình thành theo ý muốn, miễn là những thay đổi được phản ánh trong entanpy của các phản ứng đã biến đổi, chúng ta có thể viết entanpy của bất kỳ phản ứng hóa học nào về entanpy hình thành của các chất phản ứng và các sản phẩm tham gia phản ứng. Nói chung, chúng ta có thể viết điều đó, cho một phản ứng chung như sau:
entanpy của phản ứng (Δ r H°) được cho bởi
Hoặc, tổng quát hơn:
Trong đó ν j và ν i tương ứng biểu thị các hệ số cân bằng hóa học của từng sản phẩm và chất phản ứng, và Δ f H j ° và Δ f H i ° tương ứng biểu thị nhiệt hình thành của từng sản phẩm và chất phản ứng.
#2 Chúng đại diện cho giá trị của entanpy tương đối của các chất hóa học ở trạng thái tiêu chuẩn của chúng.
Như chúng tôi đã đề cập trước đó, các nguyên tố nguyên chất ở trạng thái tiêu chuẩn hoặc dạng thù hình tự nhiên ổn định nhất ở 25 °C đại diện cho điểm tham chiếu để xác định thang entanpy tương đối. Điều này là do, theo định nghĩa về phản ứng tạo thành, entanpy tạo thành của các nguyên tố nguyên chất ở trạng thái tự nhiên ổn định nhất của chúng phải bằng 0, vì phản ứng tạo thành của chúng sẽ có cùng chất phản ứng và cùng sản phẩm (nó sẽ là phản ứng vô hiệu).
Vì phản ứng hình thành này thực tế không liên quan đến bất kỳ sự thay đổi trạng thái nào, nên entanpy của phản ứng này, bằng entanpy cuối cùng trừ đi entanpy ban đầu, phải bằng 0, vì cả hai trạng thái đều bằng nhau.
Ví dụ, phản ứng tạo thành khí oxi ở 25°C được cho bởi:
Sau đó, entanpy của phản ứng này, phải bằng entanpy của sự hình thành oxy, sẽ được cho bởi:
Điều này cho phép chúng ta đo entanpi của phản ứng như chúng ta đã thấy trước đây.
Theo một lý luận tương tự, chúng ta cũng có thể định nghĩa entanpy tuyệt đối của các nguyên tố ở trạng thái tự nhiên ổn định nhất của chúng bằng không, và khi làm như vậy, entanpi hình thành của các chất khác nhau (Δ f H X°) trở thành entanpi tương đối của các chất dưới điều kiện tiêu chuẩn (H X °).
Ví dụ, đối với trường hợp hình thành nước được trình bày ở trên:
Nếu chúng ta định nghĩa entanpy của hydro và oxy bằng không, thì chúng ta thu được rằng entanpy tạo thành của nước bằng với entanpy tiêu chuẩn của nước trên thang tương đối này:
Entanpy này rất quan trọng vì thông qua tính toán hoặc đo lường các biến thiên entanpi, chúng ta có thể biến đổi các entanpy tương đối này ở điều kiện tiêu chuẩn thành entanpi tương đối trong bất kỳ tập hợp điều kiện nào khác (ví dụ: ở nhiệt độ khác hoặc áp suất khác) . Điều này đặc biệt hữu ích để nghiên cứu sự trao đổi năng lượng của các phản ứng hóa học và sự thay đổi pha trong điều kiện không chuẩn, vì vậy người ta thường thu được bảng entanpy cho các chất thường được sử dụng như nước và các dung môi, chất nhiên liệu và các chất hóa học khác ở các nhiệt độ khác nhau và áp suất, tất cả được tính toán từ entanpy của sự hình thành.
Người giới thiệu
Atkins, P., & dePaula, J. (2010). Atkins. Hóa lý ( tái bản lần thứ 8 .). Biên tập y tế Panamerican.
Byjus. (2021, ngày 22 tháng 3). Đo lường sự thay đổi entanpy . https://byjus.com/chemology/measurement-of-enthalpy-and-internal-energy-change/
Chang, R. (2012). Hóa học ( tái bản lần thứ 11 .). Giáo dục McGraw-Hill.
Các biên tập viên của Encyclopaedia Britannica. (2020, ngày 9 tháng 4). entanpy | Định nghĩa, Phương trình & Đơn vị . Bách khoa toàn thư Britannica. https://www.britannica.com/science/enthalpy
Planas, O. (2019, ngày 25 tháng 9). entanpy là gì? Năng lượng mặt trời. https://solar-energia.net/termodinamica/propiedades-termodinamicas/entalpia
Đại học Công nghệ Quốc gia. (nd). SƠ ĐỒ THÀNH PHẦN ENTHALPY . https://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/quimica/3_anio/integracion3/diagramas_de_entalpia_composicion.pdf
