REAKTION ENTALPI: DEFINITION, TERMOKEMI, ÖVNINGAR - FYSISK - 2025

Den entalpi av reaktion är en termodynamisk funktion som tillåter beräkning av den värme som vunnits eller levereras i en kemisk reaktion, förutsatt att denna reaktion har skett vid konstant tryck. Det definieras som den inre energin U plus produkten av trycket P med volymen V av ämnena som deltar i en kemisk reaktion, enligt följande: H = U + P ∙ V

Därför har enthalpi dimensioner av energi, och i det internationella mätsystemet mäts det i Joules. För att förstå förhållandet mellan enthalpi och värmen som byts ut i en kemisk reaktion är det nödvändigt att komma ihåg termodynamikens första lag, som säger följande: Q = ΔU + W

Figur 1. Vid förbränning av en gas minskar entalpin. Källa: pixabay

Den första lagen fastställer att värmen som byts ut i en termodynamisk process är lika med variationen i den inre energin hos de ämnen som är involverade i processen plus det arbete som dessa ämnen gjort i processen.

I vilken process som helst beräknas arbetet W med följande förhållande:

I ovanstående uttryck är Vi den initiala volymen, Vf den slutliga volymen och P trycket. Om processen utförs vid konstant tryck P, kommer det resulterande arbetet att vara:

När ΔV är volymförändringen.

Definition

Kemiska reaktioner är termodynamiska processer som vanligtvis sker vid konstant tryck och mycket ofta vid atmosfärstryck. Denna typ av termodynamisk process kallas "isobaric", eftersom den inträffar vid konstant tryck.

I detta fall kan termodynamikens första lag skrivas så här:

Qp = ΔU + P ∙ ΔV

Där Qp indikerar att värmen har bytts ut vid konstant tryck. Om definitionen av entalpi H = U + P ∙ V införs i det föregående uttrycket, får vi:

Qp = ΔH

Därför indikerar en positiv entalpiförändring en reaktion som har tagit värme från miljön. Detta är en endoterm reaktion.

Tvärtom, om entalpinförändringen är negativ är det en exoterm reaktion.

I själva verket kommer ordet entalpi från det grekiska ordet enthalpien, vilket betyder "att värma."

Enthalpy kallas också ofta värme. Men det borde vara tydligt att det inte är detsamma som värme, men det är värmeväxlingen under den termodynamiska processen som förändrar entalpin.

Förhållande till värme

Till skillnad från värme är entalpi en funktion av tillståndet. När du beräknar förändringsförändringen beräknar du skillnaden mellan två funktioner som uteslutande beror på systemets tillstånd, till exempel intern energi och volym.

ΔH = ΔU + P ∙ ΔV

Eftersom trycket förblir konstant i reaktionen, är reaktionens entalpi en funktion av tillstånd som endast beror på den inre energin och volymen.

Vid en kemisk reaktion kan entalpin hos reaktanterna definieras som summan av summan av var och en av dem; och det för produkterna som summan av entalpin för alla produkter.

Förändringen i entalpin i en reaktion är skillnaden mellan produkterna minus reaktanternas:

Bild 2. Enthalpy diagram. Källa: självgjord.

Vid en endotermisk reaktion är produkternas entalpi större än reaktanternas; reaktionen tar värme från miljön. Tvärtom, vid en exoterm reaktion är reaktanternas entalpi större än för produkterna, eftersom reaktionen ger upp värme till miljön.

Standard entalpi

Eftersom entalpinförändringen i en kemisk reaktion kan bero på tryck och temperatur är det vanligt att definiera standardreaktionsbetingelser:

Standard reaktionstemperatur: 25 ° C

Standard reaktionstryck: 1 atm = 1 bar.

Standard entalpin betecknas så här: H °

TERMOKEMI

I en termokemisk ekvation spelar inte bara reaktanterna och produkterna roll, entalpinförändringen är också viktig. Enthalpy förstås som reaktionen på förändringen som ägde rum under den.

Låt oss som exempel titta på följande reaktioner:

2 H2 (gas) + O2 (gas) → 2 H20 (vätska); ΔH ° = -571,6 kJ (exoterm).

H2 (gas) + (½) O2 (gas) → H20 (vätska); ΔH ° = -285,8 kJ (exoterm).

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

Enthalpy är en omfattande termodynamisk mängd

Om termerna för en kemisk ekvation multipliceras eller delas med en viss faktor, multipliceras eller delas entalpin med samma.

Om reaktionen är omvänd, vänds också tecknet på reaktionsentalpin.

Lösta övningar

-Övning 1

Acetylengas C2H2 erhålles från reaktionen av kalciumkarbid CaC2 som kommer i granulerad form med vatten vid omgivningstemperatur och tryck.

Som data har vi entalpierna till bildning av reaktanterna:

ΔH ° (CaC2) = -59,0 kJ / mol

ΔH ° (H20) = -285,8 kJ / mol

Och entalpin för bildandet av produkterna:

ΔH ° (C2H2) = +227,0 kJ / mol

ΔH ° (Ca (OH) 2) = -986,0 kJ / mol

Hitta reaktionens standard entropi.

Lösning

Det första är att höja den balanserade kemiska ekvationen:

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

Och nu reaktanternas, produkternas och reaktionens entalpier:

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

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

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

Det är en exoterm reaktion.

-Övning 2

När 1 liter acetylen förbränns under standardförhållanden, hur mycket värme släpps ut?

Lösning

När den är balanserad ser förbränningsreaktionen av acetylen ut så här:

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

Vi behöver entalpierna vid bildandet av produkterna:

ΔH ° (CO2) = -393,5 kJ / mol

ΔH ° (H20 (l)) = -285,8 kJ / mol

Beräkning av entalpier

Med dessa data kan vi beräkna produktens entalpi:

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

Och entalpin för bildning av reaktanterna:

ΔH ° (C2H2) = 227,0 kJ / mol

ΔH ° (O2) = 0,0 kJ / mol

Reaktanternas entalpi kommer att vara:

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

Den molära reaktionsentalpin kommer då att vara: ΔH ° (produkter) - °H ° (reaktanter) = -1072,8 kJ / mol - 227,0 kJ / mol = -1299,8 kJ / mol

Enthalpy av förbränning

Nu måste vi veta hur många mol acetylen som är en liter acetylen under standardförhållanden. För detta kommer vi att använda tillståndsekvationen för en ideal gas, från vilken vi kommer att lösa för antalet mol.

Antal mol n = P * V / (R * T)

P = 1 atm = 1,013 x 10 Pa

V = 1 1 = 1,0 x 10 ^ -3 m³

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

T = 25 ° C = 298,15 K

n = 0,041 mol

Förbränningsantalpin av 1 liter acetylen är 0,041 mol * (-1299,8 kJ / mol) = -53,13 kJ

Det negativa tecknet indikerar att det är en exoterm reaktion som släpper 53,13 kJ = 12,69 kcal.

referenser

1. Kastanjer E. Enthalpy vid kemiska reaktioner. Återställd från: lidiaconlaquimica.wordpress.com
2. Termo. Reaktionens entalpi. Återställd från: recursostic.educacion.es
3. Termo. Definition av standardreaktionens entalpi. Återställd från: quimitube.com
4. Wikipedia. Standard entalpi av reaktion. Återställd från: wikipedia.com
5. Wikipedia. Bildnings entalpi. Återställd från: wikipedia.com