החום של פתרון או אנתלפיה של פתרון הוא החום אשר נספג או שוחרר במהלך תהליך פירוקה של כמות מסוימת של המומס בממס, בתנאים של לחץ מתמיד.
כאשר מתרחשת תגובה כימית, אנרגיה נדרשת הן ליצירה והן לשבירת קשרים המאפשרים יצירת חומרים חדשים. האנרגיה שזורמת לתהליכים אלה מתרחשת היא חום, והתרמווכימיה היא ענף המדע שאחראי על לימודיהם.
מקור: Pixnio.
באשר למונח אנטלפיה, הוא משמש לציון זרימת החום כאשר תהליכים כימיים מתרחשים בתנאים של לחץ מתמיד. יצירת מונח זה מיוחסת לפיזיקאי ההולנדי הייקה קמרלינג אוננס (1853 - 1926), אותו אחד שגילה מוליכות על.
איך זה מחושב?
כדי למצוא את האנטלפיה, עלינו להתחיל מהחוק הראשון של התרמודינמיקה, הרואה שהשונות באנרגיה הפנימית Δ U של מערכת נובעת מהחום הספוג Q והעבודה W שנעשתה עליו על ידי איזה גורם חיצוני:
כאשר העבודה היא האינטגרל השלילי על כל נפח תוצר הלחץ ושינוי הנפח. הגדרה זו שקולה לאינטגרל השלילי של המוצר הסקלרי של הכוח וקטור העקירה בעבודה מכנית:
כאשר מופעל תנאי הלחץ הקבוע שהוזכרו לעיל, P יכול לצאת מהאינטגרל; לכן התפקיד הוא:
- ביטוי לאנטלפיה
אם תוצאה זו מוחלפת ב- Δ U נקבל:
הכמות U + PV נקראת האנטלפיה H, כך:
האנדלפיה נמדדת בג'ואלים, מכיוון שהיא אנרגיה.
אנטלפיה של פתרונות
המרכיבים הראשוניים של תמיסה הם מומסים וממיסים, ויש להם אנטלפיה מקורית. כאשר פירוק זה יתקיים, תהיה לו אנטלפיה משלו.
במקרה זה, ניתן לבטא את השינוי האנטלפי בג'ואלים:
או באנטלפיה סטנדרטית ΔH o , כאשר התוצאה היא בג'ול / מול
אם התגובה מפטירה חום, הסימן של ΔH שלילי (תהליך אקסותרמי), אם הוא סופג חום (תהליך אנדותרמי) הסימן יהיה חיובי. ובאופן טבעי, ערך האנטלפיה של הפתרון יהיה תלוי בריכוז הפיתרון הסופי.
יישומים
תרכובות יוניות רבות מסיסות בממסים קוטביים, כמו מים. פתרונות של מלח (נתרן כלוריד) במים או במי מלח הם בשימוש נפוץ. כעת, ניתן לראות באנטלפיה של הפיתרון כתרומה של שתי אנרגיות:
- אחד לשבירת קשרים מומסים-ממסים וממיסים
השני הוא זה הנדרש ביצירת קשרים חדשים עם ממסים ממסים.
במקרה של פירוק של מלח יוני במים, הוא נדרש לדעת את האנטלפיה הרטיקולרית של המוצק ואת האנטלפיה של הידרציה כדי ליצור את הפיתרון, במקרה של מים. אם זה לא מים, אז זה נקרא אנטלפיה של הפיתרון.
האנטלפיה של הסריג היא האנרגיה הדרושה לפירוק הרשת היונית ויוצרת את היונים הגזים, תהליך שהוא תמיד אנדותרמי, שכן יש לספק אנרגיה למוצק כדי להפריד אותו ליונים המרכיבים אותו ולהביא אותם למצב הגזי.
מצד שני, תהליכי הידרציה הם תמיד אקזוטרמיים, מכיוון שיונים hydrated יציבים יותר מאשר יונים במצב הגזי.
באופן זה, יצירת הפיתרון יכולה להיות אקסותרמית או אנדותרמית, תלוי אם פירוק הסריג היוני של המומס דורש אנרגיה פחות או יותר ממה שמספק הידרציה.
מדידות עם הקלורימטר
בפועל ניתן למדוד ΔH בקלורימטר, שבאופן בסיסי מורכב ממכל מבודד המצויד במדחום ומוט ערבוב.
באשר למכולה, כמעט תמיד נשפכים לתוכו מים, שהם הנוזל הקלורימטרי במצוינות, מאחר שתכונותיו מהוות התייחסות אוניברסלית לכל הנוזלים.
קלורימטר ישן ששימש את לבואה. מקור: גוסטבוקארה.
כמובן שחומרי הקלורימטר מעורבים גם בחילופי חום, בנוסף למים. אך ניתן לקבוע את יכולת החום של כל המכלול, המכונה קבוע קלורימטר, בנפרד מהתגובה ואז לקחת בחשבון כאשר היא מתרחשת.
מאזן האנרגיה הוא כדלקמן, וזוכר את התנאי שאין דליפות אנרגיה במערכת:
- נוצרים מים נוזליים:
½ O 2 + ½ H 2 → נוזל H 2 O ; Δ H o = -285.9 kJ / mol
- עכשיו עליכם ליצור את הפיתרון:
K + H 2 מוצק → ½ H 2 + KOH מימי ; Δ H o = -2011 kJ / mol
שימו לב כי הופנה הסימן של האנטלפיה של התפוררות ה- KOH, אשר נובעת מחוקתו של הס: כאשר ההמרה של המגיבים למוצרים, שינוי האנטלפיה אינו תלוי בצעדים הבאים ומתי צריך להפוך את המשוואה. כמו במקרה זה האנטלפיה משנה את הסימן.
מאזן האנרגיה הוא הסכום האלגברי של האנטלופות:
- תרגיל 2
האנטלפיה של הפתרון לתגובה הבאה נקבעת בקלורימטר בלחץ קבוע וקבוע כי קבוע הקלורימטר הוא 342.5 J / K. כאשר 1.423 גרם נתרן גופרתי Na 2 SO 4 מומסים ב 100.34 גרם מים, שינוי הטמפרטורה הוא 0.037 ק. חישוב האנטלפיה הסטנדרטית של תמיסת Na 2 SO 4 מנתונים אלה.
פִּתָרוֹן
האנטלפיה הסטנדרטית של הפתרון נפתרת מהמשוואה שניתנה לעיל:
עבור נתרן גופרתי: M s = 142.04 g / mol; m s = 1.423 גרם
ולמים: מים מים = 100.34 גרם; מים M = 18.02 גרם / מול; מים C ; m = 75.291 J / K mol
Δ T = 0.037 K
קלורימטר C = 342.5 J / K
הפניות
- סנגל, י. 2012. תרמודינמיקה. Ed 7 Ed. Mc.Graw Hill. 782 - 790
- Engel, T. 2007. מבוא לפיזיקו-כימיה: תרמודינמיקה. פירסון חינוך. 63-78.
- Giancoli, D. 2006. פיזיקה: עקרונות עם יישומים. 6 .. אד פרנטיס הול. 384-391.
- מרון, ש '2002. יסודות הפיזיקוכימיה. לימוזה. 152-155.
- Serway, R., Jewett, J. (2008). פיסיקה למדע והנדסה. כרך 1. 7. למידה של אד. צ'נגז '. 553-567.