LÖSNINGSVÄRME: HUR DET BERÄKNAS, APPLIKATIONER OCH ÖVNINGAR - FYSISK - 2025

Den lösningsvärme eller entalpi av lösning är det värme som absorberas eller frigöres under upplösningsprocessen av en viss mängd av det lösta ämnet i lösningsmedlet, under förutsättning av konstant tryck.

När en kemisk reaktion äger rum krävs energi både för att bildas och för att bryta bindningar som möjliggör bildning av nya ämnen. Energin som flödar för att dessa processer ska äga rum är värme, och termokemi är den vetenskapsgren som ansvarar för att studera dem.

Källa: Pixnio.

När det gäller termen entalpi används den för att hänvisa till värmeflödet när kemiska processer inträffar under förhållanden med konstant tryck. Skapandet av denna term tillskrivs den holländska fysikern Heike Kamerlingh Onnes (1853 - 1926), samma som upptäckte supraledningsförmåga.

Hur beräknas det?

För att hitta entalpin måste vi börja från den första lagen för termodynamik, som anser att variationen i den inre energin ofU i ett system beror på det absorberade värmet Q och det arbete som W utfört på det av någon extern agent:

Där arbete är den negativa integralen över hela tryckvolymen och skillnaden i volym. Denna definition är ekvivalent med den negativa integralen av den skalära produkten av kraften och förskjutningsvektorn i mekaniskt arbete:

När konstanttrycktillståndet som nämns ovan tillämpas kan P gå ut ur integralen; därför är jobbet:

- Uttryck för entalpi

Om detta resultat ersätts i Δ U får vi:

Kvantiteten U + PV kallas entalpin H, så att:

Enthalpy mäts i joule, eftersom det är energi.

Lösningsantalpi

De ursprungliga komponenterna i en lösning är lösta ämnen och lösningsmedel, och de har en original entalpi. När denna upplösning äger rum kommer den att ha sin egen entalpi.

I detta fall kan entalpinförändringen i joule uttryckas som:

Antingen i standard entalpi form ΔH ^o , där resultatet är i joule / mol

Om reaktionen avger värme är tecknet på ΔH negativt (exotermisk process), om den absorberar värme (endotermisk process) kommer tecknet att vara positivt. Och naturligtvis beror värdet på lösningens entalpi på koncentrationen av den slutliga lösningen.

tillämpningar

Många joniska föreningar är lösliga i polära lösningsmedel, såsom vatten. Saltlösningar (natriumklorid) i vatten eller saltlösning används ofta. Nu kan lösningens entalpi betraktas som bidraget från två energier:

- En för att bryta lösningsmedel och lösningsmedel-lösningsmedel

- Det andra är det som krävs vid bildning av nya lösningsmedel-lösningsmedelbindningar.

I fallet med upplösning av ett joniskt salt i vatten krävs det att man känner till den så kallade gitter-entalpin hos det fasta ämnet och hydratiseringsentalpin för att bilda lösningen, i fallet med vatten. Om det inte är vatten, kallas det lösningens entalpi.

Gitterentalpin är den energi som är nödvändig för nedbrytningen av det joniska nätverket och bildar de gasformiga jonerna, en process som alltid är endoterm, eftersom energi måste tillföras det fasta materialet för att separera det i dess beståndsjoner och bringa dem till gasformigt tillstånd.

Å andra sidan är hydratiseringsprocesser alltid exoterma, eftersom hydratiserade joner är mer stabila än joner i gasformigt tillstånd.

På detta sätt kan skapandet av lösningen vara exoterm eller endoterm, beroende på om nedbrytningen av det joniska gitteret i det lösta ämnet kräver mer eller mindre energi än hydrering ger.

Mätningar med kalorimetern

I praktiken är det möjligt att mäta ΔH i en kalorimeter, som i princip består av en isolerad behållare utrustad med en termometer och en omröringsstav.

När det gäller behållaren hälls nästan alltid vatten i den, vilket är den kalorimetriska vätskan i hög grad, eftersom dess egenskaper är den universella referensen för alla vätskor.

Gammal kalorimeter som används av Lavoisier. Källa: Gustavocarra.

Naturligtvis är kalorimeterns material också involverade i värmeväxling, förutom vatten. Men värmekapaciteten för hela aggregatet, kallad kalorimeterkonstanten, kan bestämmas separat från reaktionen och sedan beaktas när reaktionen äger rum.

Energibalansen är som följer, och kommer ihåg att det inte finns några energiläckage i systemet:

- Flytande vatten bildas:

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

- Nu måste du bilda lösningen:

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

Observera att tecknet på entalpin för sönderdelning av KOH har inverterats, vilket beror på Hesss lag: när reaktanterna omvandlas till produkter beror inte entalpinförändringen på de följda stegen och när ekvationen måste inverteras som i detta fall ändrar entalpin tecken.

Energibalansen är den algebraiska summan av entalpierna:

-Övning 2

Entalpin av lösning för nästa reaktion bestäms i en kalorimeter med konstant tryck och kalorimeterkonstanten är känd för att vara 342,5 J / K. När 1,423 g natriumsulfat Na ₂ SO _{4 är} löst i 100,34 g vatten, är temperaturförändringen 0,037 K. Beräkna standard entalpin för lösning för Na ₂ SO ₄ från dessa data.

Lösning

Standard entalpin för lösningen löses från ekvationen som anges ovan:

För natriumsulfat: M _s = 142,04 g / mol; m _s = 1,423 g

Och för vatten: m _vatten = 100,34 g; M _vatten = 18,02 g / mol; C _{vatten; m} = 75,291 J / K mol

Δ T = 0,037 K

C- _kalorimeter = 342,5 J / K

referenser

1. Cengel, Y. 2012. Termodynamik. 7: e utbildningen Mc.Graw Hill. 782 - 790
2. Engel, T. 2007. Introduktion till fysikkemi: termodynamik. Pearson Education. 63-78.
3. Giancoli, D. 2006. Physics: Principles with Applications. 6: e Ed Prentice Hall. 384-391.
4. Maron, S. 2002. Fundamentals of Physicochemistry. Limusa. 152-155.
5. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fysik för vetenskap och teknik. Volym 1. 7. Ed. Cengage Learning. 553-567.