REAKCIÓS ENTALPIA: MEGHATÁROZÁS, HŐKÉMIA, GYAKORLATOK - FIZIKAI - 2026

A reakció entalpiája egy olyan termodinamikai funkció, amely lehetővé teszi a kémiai reakció során keletkező vagy leadott hő kiszámítását, feltéve, hogy ez a reakció állandó nyomáson zajlott le. Az U belső belső energia, plusz a P nyomás szorzata a kémiai reakcióban részt vevő anyagok V térfogata alapján, az alábbiak szerint: H = U + P ∙ V

Ezért az entalpia energiaméreteivel rendelkezik, és a Nemzetközi Mérési Rendszerben Joules-ban mérik. Az entalpia kapcsolatának megértéséhez a kémiai reakció során kicserélt hővel meg kell emlékezni az első termodinamikai törvényre, amely a következőket mondja: Q = ΔU + W

1. ábra. Egy gáz égésekor az entalpia csökken. Forrás: pixabay

Az első törvény megállapítja, hogy a termodinamikai folyamat során kicserélt hő megegyezik a folyamatban részt vevő anyagok belső energiájának változásával, plusz az ezen anyagok által a folyamatban elvégzett munka.

Bármelyik folyamatban a W munkát a következő kapcsolat alapján számítják ki:

A fenti kifejezésben Vi a kezdeti térfogat, Vf a végtérfogat és a P nyomás. Ha a folyamatot P állandó nyomáson hajtják végre, akkor a kapott munka a következő lesz:

Ahol ΔV a térfogat változása.

Meghatározás

A kémiai reakciók olyan termodinamikai folyamatok, amelyek általában állandó nyomáson és nagyon gyakran légköri nyomáson zajlanak. Ezt a termodinamikai folyamatot "izobár" -nak nevezzük, mivel állandó nyomáson megy végbe.

Ebben az esetben a termodinamika első törvényét így lehet írni:

Qp = ΔU + P ∙ ΔV

Ahol Qp azt jelzi, hogy a hő folyamatos nyomáson cserélődött. Ha az entalpia H = U + P ∙ V meghatározását az előző kifejezésbe vezetjük be, akkor a következőt kapjuk:

Qp = ΔH

Ezért a pozitív entalpiaváltozás azt a reakciót jelzi, amely hőt vett fel a környezetből. Ez egy endoterm reakció.

Éppen ellenkezőleg, ha az entalpiaváltozás negatív, akkor ez exoterm reakció.

Az entalpia szó valójában az enthalpien görög szóból származik, ami azt jelenti, hogy "melegíteni".

Az entalpiát gyakran hőnek is nevezik. Világosnak kell lennie, hogy nem ugyanaz, mint a hő, hanem a hőcserélés a termodinamikai folyamat során változtatja meg az entalpiát.

Kapcsolat a hővel

A hőtől eltérően az entalpia az állapot függvénye. Az entalpiaváltozás kiszámításakor két olyan funkció különbségét számítja ki, amelyek kizárólag a rendszer állapotától függnek, mint például a belső energia és a térfogat.

ΔH = ΔU + P ∙ ΔV

Mivel a nyomás a reakcióban állandó marad, akkor a reakció entalpiája az állapot függvénye, amely csak a belső energiától és a térfogattól függ.

Egy kémiai reakcióban a reagensek entalpiáját úgy lehet meghatározni, hogy mindegyikük összege; és a termékeké, mint az összes termék entalpiájának összege.

A reakció entalpiás változása a termékek különbsége, mínusz a reaktánsoké:

2. ábra. Entalpia diagram. Forrás: saját készítésű.

Endoterm reakcióban a termékek entalpia nagyobb, mint a reaktánsoké; vagyis a reakció hőt vesz a környezetből. Éppen ellenkezőleg, egy exoterm reakcióban a reagensek entalpia nagyobb, mint a termékeké, mivel a reakció hőt ad a környezetnek.

Normál entalpia

Mivel a kémiai reakció entalpiaváltozása függhet a nyomástól és a hőmérséklettől, szokásos a reakció általános körülményeinek meghatározása:

Normál reakcióhőmérséklet: 25 ° C.

Normál reakciónyomás: 1 atm = 1 bar.

A szokásos entalpiát így jelöljük: H °

Termokémia

A hőkémiai egyenletben nemcsak a reagensek és a termékek számítanak, hanem az entalpiaváltozás is számít. Az entalpiát úgy kell értelmezni, mint a közben bekövetkezett változásra adott reakciót.

Példaként nézzük meg a következő reakciókat:

2 H2 (gáz) + O2 (gáz) → 2 H2O (folyadék); ΔH ° = -571,6 kJ (exoterm).

H2 (gáz) + (½) O2 (gáz) → H2O (folyadék); ΔH ° = -285,8 kJ (exoterm).

2 H2O (folyékony) → 2 H2 (gáz) + O2 (gáz); ΔH ° = +571,6 kJ (endoterm).

Az entalpia kiterjedt termodinamikai mennyiség

Ha a kémiai egyenlet feltételeit megszorozzuk vagy osztjuk egy bizonyos tényezővel, akkor az entalpia megszorozzuk vagy osztjuk ugyanazzal.

Ha a reakció megfordul, akkor a reakció entalpia jele is megfordul.

Megoldott gyakorlatok

-1. Feladat

A C2H2 acetilén-gázt a granulált formában előállított CaC2 kalcium-karbid reagáltatásával nyerik környezeti hőmérsékleten és nyomáson lévő vízzel.

Adatokként a reagensek képződésének entalpiáit mutatjuk be:

ΔH ° (CaC2) = -59,0 kJ / mol

ΔH ° (H20) = -285,8 kJ / mol

És a termékek képződésének entalpiaja:

ΔH ° (C2H2) = +227,0 kJ / mol

ΔH ° (Ca (OH) 2) = -986,0 kJ / mol

Keresse meg a reakció standard entrópiáját.

Megoldás

Az első dolog, hogy felvegye a kiegyensúlyozott kémiai egyenletet:

CaC2 (s) + 2H20 (l) → Ca (OH) 2 (s) + C2H2 (g)

És most a reagensek, termékek és a reakció entalpiái:

- Reagensek: -59,0 kJ / mol -2 ∙ 285,8 kJ / mol = -630,6 kJ / mol

- Termékek: -986,0 kJ / mol + 227,0 kJ / mol = -759 kJ / mol

- Reakció: ΔH ° = -759 kJ / mol - (-630 kJ / mol) = -129 kJ / mol

Ez egy exoterm reakció.

- 2. gyakorlat

Ha 1 liter acetilént égetünk szokásos körülmények között, mennyi hő szabadul fel?

Megoldás

Miután kiegyensúlyozott, az acetilén égési reakciója így néz ki:

C2H2 (g) + (5/2) O2 (g) → 2 CO2 (g) + H20 (l)

Szükségünk van a termékek kialakulásának entalpiáira:

ΔH ° (CO2) = -393,5 kJ / mol

ΔH ° (H20 (l)) = -285,8 kJ / mol

Az entalpiák kiszámítása

Ezekkel az adatokkal kiszámolhatjuk a termékek entalpiáját:

ΔH ° (termékek) = 2 * (- 393,5 kJ / mol) + (-285,8 kJ / mol) = -1072,8 kJ / mol

És a reagensek képződésének entalpiaja:

ΔH ° (C2H2) = 227,0 kJ / mol

ΔH ° (O2) = 0,0 kJ / mol

A reaktánsok entalpia:

227,0 kJ / mol + (5/2) * 0,0 = 227,0 kJ / mol

A moláris reakció entalpia ezután: ΔH ° (termékek) - ΔH ° (reaktánsok) = -1072,8 kJ / mol - 227,0 kJ / mol = -1299,8 kJ / mol

Az égés entalpia

Most tudnunk kell, hogy hány mol acetilénből van egy liter acetilén normál körülmények között. Ehhez az ideális gáz állapotának egyenletét fogjuk használni, amelyből a molok számát oldjuk meg.

Anyagok száma n = P * V / (R * T)

P = 1 atm = 1,013 x 10⁵ Pa

V = 1 l = 1,0 x 10 ^ -3 m³

R = 8,31 J / (mol * K)

T = 25 ° C = 298,15 K

n = 0,041 mol

1 liter acetilén égésén belüli entalpia 0,041 mol * (-1299,8 kJ / mol) = -53,13 kJ

A negatív jel azt jelzi, hogy egy exoterm reakció engedi fel 53,13 kJ = 12,69 kcal.

Irodalom

1. Gesztenye E. Entalpia kémiai reakciókban. Helyreállítva: lidiaconlaquimica.wordpress.com
2. Termokémia. A reakció entalpiája. Helyreállítva: recursostic.educacion.es
3. Termokémia. A standard reakció entalpia meghatározása. Helyreállítva: quimitube.com
4. Wikipedia. A reakció standard entalpia. Helyreállítva: wikipedia.com
5. Wikipedia. Formáció entalpia. Helyreállítva: wikipedia.com