MI A FORMÁCIÓ ENTALPIA? (GYAKORLATOKKAL) - FIZIKAI - 2025

A formáló entalpia az a entalpiaváltozás, amelyet egy körülmények között egy vegyület vagy anyag előállításakor tapasztalunk. A szokásos nyomásfeltételek alatt akkor értjük, ha a képződési reakciót egy atmoszféra atmoszférikus nyomáson, szobahőmérsékleten, 25 Celsius fokon vagy 298,15 Kelvin hőmérsékleten hajtjuk végre.

A reaktív elemek normál állapota egy képződési reakcióban az ezen anyagok leggyakoribb aggregálódási állapotára vonatkozik (szilárd, folyékony vagy gáz) normál nyomás és hőmérséklet mellett.

Egy vegyület képződésének során a hőcserélő a környezettel történik. Forrás: pixabay

A normál állapot ezen reakcióképes elemek legstabilabb allotrop alakjára utal a szokásos reakciókörülmények között.

A H entalpia termodinamikai függvény, amelyet úgy határozunk meg, mint az U belső energia, plusz a P nyomás és az anyag térfogata szorzata, amelyek részt vesznek az anyag molekula képződésének kémiai reakciójában:

H = U + P ∙ V

Az entalpiának vannak energiadimenziói, és a Nemzetközi Mérési Rendszerben Joules-ban mérik.

Normál entalpia

Az entalpia szimbóluma H, de a kialakulási entalpia sajátos esetben ΔH0f-tel jelölve azt jelzi, hogy ez a változás, amelyet ezen termodinamikai funkció tapasztal egy adott vegyület móljának képződése során, standard körülmények között.

A jelölésben a 0 felső index a normál körülményeket jelöli, és az f index az anyag móljének képződését jelenti a reagensekből az aggregáció állapotában és a reagensek legstabilabb allotrop alakjában, standard körülmények között.

A képződés hője

Az első törvény megállapítja, hogy a termodinamikai folyamatban kicserélt hő megegyezik a folyamatban részt vevő anyagok belső energiájának változásával, plusz az ezen anyagok által a folyamatban végzett munkával:

Q = ΔU + W

Ebben az esetben a reakciót állandó nyomáson, konkrétan egy atmoszféra nyomásán hajtjuk végre, tehát a nyomás és a térfogatváltozás szorzata lesz.

Ekkor egy bizonyos vegyület képződésének hője, amelyet Q0f-vel jelölünk, a következő módon kapcsolódik a belső energia és térfogat változásához:

Q0f = ΔU + P ΔV

De emlékezve a szokásos entalpia meghatározására:

Q0f = ΔH0f

Különbség az entalpia és a képződési hő között

Ez a kifejezés nem azt jelenti, hogy a képződési hő és a kialakulási entalpia azonos. A helyes értelmezés az, hogy a képződési reakció során kicserélt hő standard körülmények között változást okozott a képződött anyag entrópiájában a reagensekhez viszonyítva.

Másrészt, mivel az entalpia kiterjedt termodinamikai funkció, a képződési hő mindig a képződött vegyület egy moljára vonatkozik.

Ha a képződési reakció exoterm, akkor a képződés entalpia negatív.

Éppen ellenkezőleg, ha a képződési reakció endoterm, akkor a képződés entalpia pozitív.

Hőkémiai egyenletek

A hőkémiai képződési egyenletben nemcsak a reagenseket és termékeket kell feltüntetni. Először is szükséges, hogy a kémiai egyenletet oly módon kiegyensúlyozzuk, hogy a képződött vegyület mennyisége mindig 1 mol legyen.

Másrészt a reagensek és termékek aggregálódásának állapotát meg kell adni a kémiai egyenletben. Szükség esetén meg kell jelölni annak allotrop alakját is, mivel a képződés hője mindezen tényezőktől függ.

A hőkémiai képződési egyenletben meg kell adni a képződés entalpiáját is.

Nézzünk meg néhány példát a jól ábrázolt hőkémiai egyenletekre:

H2 (g) + ½ O2 (g) → H20 (g); ΔH0f = -241,9 kJ / mol

H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O (l); ΔH0f = -285,8 kJ / mol

H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O (s); ΔH0f = -292,6 kJ / mol

Fontos szempontok

- Mindegyik kiegyensúlyozott 1 mol termék képződése alapján.

- Megjelenik a reagensek és a termék aggregálódásának állapota.

- A képződési entalpia jelezve van.

Vegye figyelembe, hogy a képződési entalpia a termék aggregációjának állapotától függ. A három reakció közül a standard körülmények között a legstabilabb a második.

Mivel a kémiai reakcióban és különösen a képződési reakcióban az entrópia változása és nem az entrópia fontos, egyetértés van abban, hogy a tiszta elemek molekuláris formájukban és természetes körülmények között a természetes aggregáció állapotában képeznek entrópiát nulla.

Íme néhány példa:

O2 (g); ΔH0f = 0 kJ / mol

Cl2 (g); ΔH0f = 0 kJ / mol

Na (k); ΔH0f = 0 kJ / mol

C (grafit); ΔH0f = 0 kJ / mol

Megoldott gyakorlatok

-1. Feladat

Tudva, hogy az etén (C2H4) képződéséhez 52 mol / h hőmennyiséget kell hozzáadni minden molhoz, és hogy reagensei hidrogén és grafit, írja meg az etén képződésének hőkémiai egyenletét.

Megoldás

Először felvesszük a kémiai egyenletet és kiegyensúlyozjuk egy mól etén alapján.

Ezután figyelembe vesszük, hogy hőt kell biztosítani a képződési reakció végrehajtásához, ami azt jelzi, hogy ez egy endoterm reakció, ezért a képződési entrópia pozitív.

2 C (szilárd grafit) + 2 H2 (gáz) → C2H4 (gáz); ΔH0f = +52 kJ / mol

- 2. gyakorlat

Szabványos körülmények között a hidrogént és az oxigént öt liter tartályban keverjük össze. Az oxigén és a hidrogén teljesen reagál, anélkül, hogy bármelyik reagens lenne, hidrogén-peroxidot képezve. A reakció során 38,35 kJ hő került a környezetbe.

Adja meg a kémiai és hőkémiai egyenletet. Számítsa ki a hidrogén-peroxid képződésének entrópiáját.

Megoldás

A hidrogén-peroxid képződés reakciója:

H2 (gáz) + O2 (gáz) → H2O2 (folyékony)

Vegye figyelembe, hogy az egyenlet már egy mol termék alapján kiegyensúlyozott. Vagyis egy mól hidrogén és egy mól oxigén vesz igénybe egy mól hidrogén-peroxid előállítását.

De a problémamegjegyzés azt mondja nekünk, hogy a hidrogént és az oxigént egy 5 literes tartályban keverjük össze normál körülmények között, tehát tudjuk, hogy a gázok mindegyike 5 liter.

Normál körülmények felhasználásával megkapjuk a hőkémiai egyenletet

Másrészt normál körülmények között 1 atm = 1,013 x 10⁵ Pa nyomás és 25 ° C hőmérséklet = 298,15 K.

Normál körülmények között 1 mol ideális gáz elfog 24,47 L, amint ezt a következő számításból lehet igazolni:

V = (1 mol * 8,3145 J / (mol * K) * 298,15 K) / 1,03 x 10 Pa = 0,02447 m³ = 24,47 L.

Mivel 5 L kapható, akkor az egyes gázok molszámát a következő képlet adja meg:

5 liter / 24,47 liter / mol = 0,204 mol az egyes gázokból.

A kiegyensúlyozott kémiai egyenlet szerint 0,204 mol hidrogén-peroxid képződik, amely 38,35 kJ hőt bocsát ki a környezetbe. Vagyis 38,35 kJ / 0,204 mol = 188 kJ / mol szükséges egy mol peroxid kialakításához.

Mivel a reakció során hő jut a környezetbe, akkor a képződési entalpia negatív. Végül a következő hőkémiai egyenletet kapjuk:

H2 (gáz) + O2 (gáz) → H2O2 (folyadék); ΔH0f = -188 kJ / mol

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. Termokémia. A kialakulási entalpia meghatározása és példák. Helyreállítva: quimitube.com
5. Wikipedia. A reakció standard entalpia. Helyreállítva: wikipedia.com
6. Wikipedia. Formáció entalpia. Helyreállítva: wikipedia.com