אנטלפיה של התגובה: הגדרה, תרמוכימיה, תרגילים - גוּפָנִי - 2025

אנתלפיה של תגובה היא פונקציה תרמודינמית המאפשר חישוב החום שנצבר או נמסר בתגובה כימית, ובלבד תגובה זו התרחשה בלחץ קבוע. זה מוגדר כאנרגיה הפנימית U בתוספת תוצר הלחץ P על ידי נפח V של החומרים שלוקחים חלק בתגובה כימית, כדלקמן: H = U + P ∙ V

לכן לאנטלפיה יש ממדי אנרגיה, ובמערכת המדידות הבינלאומית היא נמדדת בג'ול. כדי להבין את הקשר של האנטלפיה עם החום המוחלף בתגובה כימית, יש לזכור את החוק הראשון של התרמודינמיקה, הקובע את הדברים הבאים: Q = ΔU + W

איור 1. בעירה של גז האנטלפיה פוחתת. מקור: pixabay

החוק הראשון קובע כי החום המוחלף בתהליך תרמודינמי שווה לווריאציה של האנרגיה הפנימית של החומרים המעורבים בתהליך בתוספת העבודה שנעשתה על ידי חומרים אלה בתהליך.

בכל תהליך, העבודה W מחושבת על ידי הקשר הבא:

בביטוי לעיל Vi הוא הנפח הראשוני, Vf הנפח הסופי ו- P הלחץ. אם התהליך מתבצע בלחץ קבוע P, העבודה שהתקבלה תהיה:

כאשר ΔV הוא שינוי הנפח.

הַגדָרָה

תגובות כימיות הן תהליכים תרמודינמיים המתרחשים בדרך כלל בלחץ קבוע ולעתים קרובות מאוד בלחץ אטמוספרי. סוג זה של תהליך תרמודינמי נקרא "איזוברי", מכיוון שהוא מתרחש בלחץ מתמיד.

במקרה זה ניתן לכתוב את החוק הראשון של התרמודינמיקה כך:

Qp = ΔU + P ∙ ΔV

כאשר Qp מציין שהחום הוחלף בלחץ קבוע. אם ההגדרה של אנטלפיה H = U + P ∙ V מוצגת בביטוי הקודם, נקבל:

Qp = ΔH

מכאן ששינוי אנטלפיה חיובי מעיד על תגובה שלקחה חום מהסביבה. זו תגובה אנדותרמית.

נהפוך הוא, אם השינוי באנטלפיה הוא שלילי אז זו תגובה אקסותרמית.

למעשה המילה אנטלפיה באה מהמילה היוונית enthalpien שמשמעותה "לחמם".

האנטלפיה נקראת לעתים קרובות גם חום. אבל צריך להיות ברור שזה לא זהה לחום, אך חילופי החום במהלך התהליך התרמודינמי הוא זה שמשנה את האנטלפיה.

מערכת יחסים עם חום

שלא כמו חום, האנטלפיה היא פונקציה של מצב. כשמחשבים את שינוי האנטלפיה, אתה מחשיב את ההבדל בין שתי פונקציות התלויות אך ורק במצב המערכת, כמו אנרגיה פנימית ונפח.

ΔH = ΔU + P ∙ ΔV

מכיוון שהלחץ נשאר קבוע בתגובה, אז האנטלפיה של התגובה היא פונקציה של מצב שתלויה רק ​​באנרגיה הפנימית ובנפח.

בתגובה כימית ניתן להגדיר את האנטלפיה של המגיבים כסכום של כל אחד מהם; וזה של המוצרים כסכום האנטלפיה של כל המוצרים.

השינוי באנטלפיה בתגובה הוא ההבדל בין המוצרים פחות מזה של המגיבים:

איור 2. תרשים אנטלפי. מקור: תוצרת עצמית.

בתגובה אנדותרמית האנטלפיה של המוצרים גדולה מזו של המגיבים; כלומר, התגובה לוקחת חום מהסביבה. נהפוך הוא, בתגובה אקסותרמית האנטלפיה של המגיבים גדולה מזו של המוצרים, שכן התגובה מוותרת על חום לסביבה.

אנטלפיה סטנדרטית

מכיוון ששינוי האנטלפיה בתגובה כימית יכול להיות תלוי בלחץ ובטמפרטורה, נהוג להגדיר תנאי תגובה סטנדרטיים:

טמפרטורת תגובה רגילה: 25 מעלות צלזיוס.

לחץ תגובה רגיל: 1 אטם = 1 בר.

האנטלפיה הסטנדרטית מציינת כך: H °

תרמוכימיה

במשוואה תרמו-כימית, לא רק המגיבים והמוצרים חשובים, שינוי האנטלפיה הוא גם חשוב. האנתלפיה מובנת כתגובה לשינוי שחל במהלכה.

כדוגמה, בואו נסתכל על התגובות הבאות:

2 H2 (גז) + O2 (גז) → 2 H2O (נוזל); ΔH ° = -571.6 kJ (אקסותרמי).

H2 (גז) + (½) O2 (גז) → H2O (נוזל); ΔH ° = -285.8 kJ (אקסותרמי).

2 H2O (נוזל) → 2 H2 (גז) + O2 (גז); ΔH ° = +571.6 kJ (אנדותרמי).

האנתלפיה היא כמות תרמודינמית נרחבת

אם המונחים של משוואה כימית מוכפלים או מחולקים על ידי גורם מסוים, אז האנטלפיה מוכפלת או מחולקת על ידי אותו הדבר.

אם התגובה מתהפכת, אז גם הסימן לאנטלפיה של התגובה מתהפך.

תרגילים שנפתרו

-תרגיל 1

גז אצטילן C2H2 מתקבל מתגובה של סידן קרביד CaC2 שמגיע בצורה מגוררת עם מים בטמפרטורת הסביבה ולחץ.

כנתונים יש לנו את האנטלופות של היווצרות המגיבים:

ΔH ° (CaC2) = -59.0 kJ / mol

ΔH ° (H20) = -285.8 kJ / mol

ואנטלפיה של היווצרות המוצרים:

ΔH ° (C2H2) = +227.0 kJ / mol

ΔH ° (Ca (OH) 2) = -986.0 kJ / mol

מצא את האנטרופיה הסטנדרטית של התגובה.

פִּתָרוֹן

הדבר הראשון הוא להעלות את המשוואה הכימית המאוזנת:

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

ועכשיו האנטלופות של המגיבים, המוצרים והתגובה:

- ריאגנטים: -59.0 kJ / mol -2 ∙ 285.8 kJ / mol = -630.6 kJ / mol

- מוצרים: -986.0 kJ / mol + 227.0 kJ / mol = -759 kJ / mol

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

זו תגובה אקזוטית.

- תרגיל 2

כאשר 1 ליטר אצטילן נשרף בתנאים סטנדרטיים, כמה חום משתחרר?

פִּתָרוֹן

לאחר האיזון, תגובת הבעירה של אצטילן נראית כך:

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

אנו זקוקים לאנטלופות של היווצרות המוצרים:

ΔH ° (CO2) = -393.5 kJ / mol

ΔH ° (H2O (l)) = -285.8 kJ / mol

חישוב האנטלופות

בעזרת נתונים אלה אנו יכולים לחשב את האנטלפיה של המוצרים:

ΔH ° (מוצרים) = 2 * (- 393.5 kJ / mol) + (-285.8 kJ / mol) = -1072.8 kJ / mol

ואנטלפיה של היווצרות המגיבים:

ΔH ° (C2H2) = 227.0 kJ / mol

ΔH ° (O2) = 0.0 kJ / mol

האנטלפיה של המגיבים תהיה:

227.0 kJ / mol + (5/2) * 0.0 = 227.0 kJ / mol

האנטלפיה של התגובה הטוחנית תהיה: ΔH ° (מוצרים) - ΔH ° (מגיבים) = -1072.8kJ / mol - 227.0 kJ / mol = -1299.8 kJ / mol

אנטלפיה של בעירה

כעת עלינו לדעת כמה שומות של אצטילן הן ליטר אצטילן בתנאים סטנדרטיים. לשם כך נשתמש במשוואת המצב של גז אידיאלי, ממנו נפתור עבור מספר השומות.

מספר שומות n = P * V / (R * T)

P = 1 כספומט = 1.013 x 10⁵ פא

V = 1 l = 1.0 x 10 ^ -3 m³

R = 8.31 J / (mol * K)

T = 25 מעלות צלזיוס = 298.15 ק

n = 0.041 mol

האנטלפיה של בעירה של ליטר 1 של אצטילן היא 0.041 mol * (-1299.8 kJ / mol) = -53.13 kJ

הסימן השלילי מצביע על כך שמדובר בתגובה אקסותרמית שמשחררת 53.13 ק"ג = 12.69 קק"ל.

הפניות

1. ערמונים E. אנתלפי בתגובות כימיות. התאושש מ: lidiaconlaquimica.wordpress.com
2. תרמוכימיה. אנתלפיה של תגובה. התאושש מ: recursostic.educacion.es
3. תרמוכימיה. הגדרת אנטלפיה של תגובה רגילה. התאושש מ: quimitube.com
4. ויקיפדיה. אנטלפיה רגילה של תגובה. התאושש מ: wikipedia.com
5. ויקיפדיה. אנטלפיה של גיבוש. התאושש מ: wikipedia.com