A MEGOLDÁS MELEGE: KISZÁMÍTÁSÁNAK MÓDJA, ALKALMAZÁSOK ÉS GYAKORLATOK - FIZIKAI - 2026

Az oldat hője vagy az oldat entalpiája az a hő, amelyet állandó nyomás mellett abszorbeálnak vagy szabadítanak fel az oldószerben lévő bizonyos mennyiségű oldott anyag oldódása során.

Amikor kémiai reakció zajlik, energiára van szükség olyan kötések kialakulásához és megbontásához, amelyek lehetővé teszik új anyagok képződését. Az ezekben a folyamatokban folyó energia hő, és a termokémia a tudomány ága, amely felelős azok tanulmányozásáért.

Forrás: Pixnio.

Az entalpia fogalmát a hőáramra utalják, amikor kémiai folyamatok állandó nyomás mellett zajlanak. Ennek a kifejezésnek a megalkotását a holland fizikus, Heike Kamerlingh Onnesnek (1853 - 1926) tulajdonítják, aki ugyanolyan felfedezte a szupravezetõ képességet.

Hogyan számítják ki?

Az entalpia megállapításához a termodinamika első törvényéből kell kiindulnunk, amely úgy véli, hogy a rendszer belső energia ΔU variációja a Q elnyelt hőnek és valamely külső ágens által végzett W munkának felel meg:

Ahol a munka a termék teljes térfogatának negatív integrálja a nyomás és a térfogatkülönbség különbségében. Ez a meghatározás egyenértékű az erő skaláris szorzata és az elmozdulási vektor negatív integráljával a mechanikus munka során:

A fent említett állandó nyomásviszonyok alkalmazásakor a P kijön az integrálból; ezért a munka:

-Expresszió az entalpiához

Ha ezt az eredményt Δ U-ban helyettesítjük, akkor a következőt kapjuk:

Az U + PV mennyiséget H entalpiának nevezzük, így:

Az entalpiát joule-ban mérik, mivel az energia.

Oldat entalpia

Az oldat kiinduló alkotóelemei oldott és oldószer, és eredeti entalpiájuk van. Amikor ez a feloldódás megtörténik, megvan a maga entalpiája.

Ebben az esetben a džaulokban az entalpiaváltozás kifejezhető:

Vagy standard ΔH ^o entalpia formában, ahol az eredmény joule / mol

Ha a reakció hőt bocsát ki, akkor az ΔH jele negatív (exoterm folyamat), ha hőt abszorbeál (endoterm folyamat), akkor a jel pozitív lesz. És természetesen az oldat entalpia értéke a végső oldat koncentrációjától függ.

Alkalmazások

Számos ionos vegyület oldódik poláris oldószerekben, például vízben. A só (nátrium-klorid) vízben vagy sóoldattal készített oldatai általánosan használtak. A megoldás entalpiáját két energia hozzájárulásának tekinthetjük:

- Az egyik megbontja az oldott-oldott és az oldószer-oldószer kötéseket

- A másik az új oldott-oldószer kötések kialakításához szükséges.

Ionos só vízben történő feloldása esetén ismeri a szilárd anyag úgynevezett retikuláris entalpiáját és a hidratáció entalpiáját, hogy víz esetén az oldatot kialakítsák. Ha nem víz, akkor a szolvatáció entalpiájának nevezik.

A rácsos entalpia az ionos rács felbontásához és a gáznemű ionok kialakításához szükséges energia, ez a folyamat mindig endotermikus, mivel az energiát a szilárd anyaghoz kell juttatni, hogy az elválaszthassa alkotó ionjait, és gázállapotba vihesse őket.

Másrészt a hidratációs folyamatok mindig exotermikusak, mivel a hidratált ionok stabilabbak, mint a gáznemű ionok.

Ilyen módon az oldat létrehozása exoterm vagy endotermikus lehet, attól függően, hogy az oldott anyag ionrácsának lebontása több vagy kevesebb energiát igényel-e, mint a hidratálás biztosítja.

Mérések a kaloriméterrel

A gyakorlatban lehetséges ΔH mérése egy kaloriméterben, amely alapvetően hőmérővel és keverőrudakkal ellátott szigetelt tartályból áll.

A tartályt illetően szinte mindig vizet öntenek bele, ami a kiváló kalorimetrikus folyadék, mivel tulajdonságai az összes folyadék univerzális referenciája.

Régi kaloriméter, amelyet Lavoisier használt. Forrás: Gustavocarra.

Természetesen a kaloriméter anyagai a víz mellett a hőcserében is részt vesznek. Az egész szerelvény hőkapacitását, amelyet kalorimeter állandónak neveznek, a reakciótól elkülönítve lehet meghatározni, majd figyelembe venni, amikor ez bekövetkezik.

Az energiamérleg a következő, emlékezve arra a körülményre, hogy a rendszerben nincs szivárgás:

- Folyékony víz képződik:

½ O ₂ + ½ H ₂ → H ₂ O _folyadék; Δ H ^o = -285,9 kJ / mol

- Most meg kell alakítania a megoldást:

_Szilárd K + H ₂ O → ½ H ₂ + _vizes KOH; Δ H ^o = -2011 kJ / mol

Vegye figyelembe, hogy a KOH szétesési entalpia jele meg van fordítva, ami Hess törvényének tulajdonítható: amikor a reagenseket termékekké alakítják, az entalpiaváltozás nem függ a követett lépésektől és az egyenlet megfordításának idejétől., mint ebben az esetben az entalpia megváltozik.

Az energiamérleg az entalpiák algebrai összege:

- 2. gyakorlat

A következő reakció oldatának entalpiáját állandó nyomású kaloriméterben határozzuk meg, és a kaloriméter állandója ismert, hogy 342,5 J / K. Amikor 1.423 g nátrium-szulfátot Na ₂ SO ₄ feloldunk 100,34 g vízben, a hőmérséklet változás 0,037 K. kiszámolása a standard entalpiája oldat Na ₂ SO ₄ ezekből az adatokból.

Megoldás

Az oldat standard entalpiáját a fenti egyenlettel oldjuk meg:

A nátrium-szulfát: M _s = 142,04 g / mól; m _s = 1,423 g

És víz esetén: m _víz = 100,34 g; M _víz = 18,02 g / mol; C _{víz: m} = 75,291 J / K mol

T = 0,037 K

C _kaloriméter = 342,5 J / K

Irodalom

1. Cengel, Y. 2012. Termodinamika. 7. kiadás, Mc.Graw Hill. 782 - 790
2. Engel, T. 2007. Bevezetés a fizikokémiaba: Termodinamika. Pearson oktatás. 63-78.
3. Giancoli, D. 2006. Fizika: alapelvek alkalmazásokkal. 6… Ed Prentice Hall. 384-391.
4. Maron, S. 2002. A fizikokémia alapjai. Limusa. 152-155.
5. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fizika a tudomány és a technika számára. 1. kötet. Ed. Cengage Learning. 553-567.