מהי אנטלפיה? - כִּימִיָה - 2025

אנתלפיה היא מדד של כמות האנרגיה הנמצאת בגוף (מערכת) בעל נפח, הוא נתון בלחץ להחלפה עם סביבתו. הוא מיוצג על ידי האות H. היחידה הפיזית הקשורה אליו היא ג'ולה (J = kgm2 / s2).

מבחינה מתמטית זה יכול לבוא לידי ביטוי באופן הבא:

H = U + PV

איפה:

H = Enthalpy

U = אנרגיה פנימית של המערכת

P = לחץ

V = נפח

אם גם U וגם P ו- V הן פונקציות מצב, H יהיה גם כן. הסיבה לכך היא שברגע נתון ניתן לתת כמה תנאים ראשוניים וסופיים למשתנה הנלמד במערכת.

מה האנטלפיה של היווצרות?

זהו החום שנספג או משתחרר על ידי מערכת כאשר 1 mol של מוצר של חומר מיוצר מיסודותיו במצב הרגיל של צבירתם; מוצק, נוזלי, גזי, תמיסה או במצבו האלו-טרופי הכי יציב.

המצב האלוטרופי היציב ביותר של פחמן הוא גרפיט, בנוסף להיות בתנאים רגילים של אטמוספרה בלחץ 1 ו 25 מעלות צלזיוס.

זה נקרא ΔH ° f. בדרך זו:

ΔH ° f = H סופי - H ראשוני

Δ: אות יוונית המסמלת את השינוי או השינוי באנרגיה של מצב סופי ושל אות ראשונית. התסריט f מסמל היווצרות מתחם ואת תנאי העל או התקן האחיד.

דוגמא

בהתחשב בתגובת ההיווצרות של מים נוזליים

H2 (g) + ½ O2 (g) H2O (l) ΔH ° f = -285.84 kJ / mol

ריאגנטים : מימן וחמצן מצבו הטבעי הוא גזי.

מוצר : 1 מול מים נוזליים.

יש לציין כי האנטלופות של היווצרות על פי ההגדרה הן עבור 1 מול של תרכובת המיוצרת, ולכן יש להתאים את התגובה במידת האפשר בעזרת מקדמים שברים, כפי שניתן לראות בדוגמה הקודמת.

תגובות אקסותרמיות ואנדותרמיות

בתהליך כימי, האנטלפיה של היווצרות יכולה להיות חיובית ΔHof> 0 אם התגובה היא אנדותרמית, כלומר היא סופגת חום מהמדיום או השלילי ΔHof <0 אם התגובה אקסותרמית עם פליטת חום מהמערכת.

תגובה אקזוטית

לריאקטנטים אנרגיה גבוהה יותר מהמוצרים.

ΔH ° f <0

תגובה אנדותרמית

למגיבים אנרגיה נמוכה יותר מהמוצרים.

ΔH ° f> 0

כדי לכתוב נכון משוואה כימית, עליו להיות מאוזן טוחן. בכדי שמילוי "חוק שימור החומר", עליו להכיל מידע גם על מצבם הגופני של המגיבים והמוצרים, המכונה מצב הצטברות.

יש לקחת בחשבון גם שלחומרים טהורים יש אנטלפיה של היווצרות של אפס בתנאים סטנדרטיים ובצורתם היציבה ביותר.

במערכת כימית בה ישנם מגיבים ומוצרים, האנטלפיה של התגובה שווה לאנטלפיה של היווצרות בתנאים סטנדרטיים.

ΔH ° rxn = ΔH ° f

תוך התחשבות באמור לעיל עלינו:

ΔH ° rxn = ∑ מייצר H ∑ מוצרים מגיבים ריאקטיביים

בהינתן התגובה הפיקטיבית הבאה

aA + bB cC

כאשר a, b, c הם המקדמים של המשוואה הכימית המאוזנת.

הביטוי לאנטלפיה של התגובה היא:

ΔH ° rxn = c ΔH ° f C (a ΔH ° f A + b ΔH ° f B)

בהנחה ש: a = 2 mol, b = 1 mol, ו- c = 2 mol.

ΔH ° f (A) = 300 KJ / mol, ΔH ° f (B) = -100 KJ / mol, ΔH ° f (C) = -30 KJ. חישוב ΔH ° rxn

ΔH ° rxn = 2 mol (-30KJ / mol) - (2 mol (300KJ / mol + 1 mol (-100KJ / mol) = -60KJ - (600KJ - 100KJ) = -560KJ

ΔH ° rxn = -560KJ.

לאחר מכן היא מתאימה לתגובה אקסותרמית.

אנתרפליה של ערכי היווצרות של כמה תרכובות כימיות אורגניות ואורגניות בטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס ואטמטר לחץ

תרגילים לחישוב האנטלפיה

תרגיל 1

מצא את האנטלפיה של התגובה של NO2 (g) על פי התגובה הבאה:

2NO (g) + O2 (g) 2NO2 (g)

באמצעות המשוואה לאנטלפיה של התגובה יש לנו:

ΔH ° rxn = ∑ מייצר H ∑ מוצרים מגיבים ריאקטיביים

ΔH ° rxn = 2 mol (ΔH ° f NO2) - (2 mol ΔH ° f NO + 1 mol ΔH ° f O2)

בטבלה בסעיף הקודם ניתן לראות כי האנטלפיה של היווצרות חמצן היא 0 KJ / mol, מכיוון שהחמצן הוא תרכובת טהורה.

ΔH ° rxn = 2 mol (33.18 KJ / mol) - (2 mol 90.25 KJ / mol + 1 mol 0)

ΔH ° rxn = -114.14 KJ

דרך נוספת לחשב את האנטלפיה של התגובה במערכת כימית היא באמצעות ה- HESS LAW, שהציע הכימאי השוויצרי ז'רמן אנרי הס בשנת 1840.

החוק אומר: "האנרגיה הנספגת או הנפלטת בתהליך כימי בו מועברים מגיבים למוצרים, זהה בין אם היא מתבצעת בשלב אחד ובין אם בכמה".

תרגיל 2

ניתן להוסיף את התוספת של מימן לאצטילן ליצירת אתאן בצעד אחד:

C2H2 (g) + 2H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° f = - 311.42 KJ / mol

או שזה יכול לקרות גם בשני שלבים:

C2H2 (g) + H2 (g) H2C = CH2 (g) ΔH ° f = - 174.47 KJ / mol

H2C = CH2 (g) + H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° f = - 136.95 KJ / mol

להוסיף את שתי המשוואות באופן אלגברי יש לנו:

C2H2 (g) + H2 (g) H2C = CH2 (g) ΔH ° f = - 174.47 KJ / mol

H2C = CH2 (g) + H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° f = - 136.95 KJ / mol

C2H2 (g) + 2H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° rxn = 311.42 KJ / mol

תרגיל 3

(נלקח מ quimitube.com. תרגיל 26. חוק התרמודינמיקה של הס)

כפי שניתן לראות בהצהרת הבעיה, רק נתונים מספריים מסוימים מופיעים, אך התגובות הכימיות אינן מופיעות, ולכן יש צורך לכתוב אותם.

CH3CH2OH (l) + 3O2 (g) 2CO2 (g) +3 H2O (l) ΔH1 = -1380 KJ / mol.

הערך של האנטלפיה השלילית נכתב כי הבעיה אומרת שיש שחרור של אנרגיה. עלינו לקחת בחשבון שהם 10 גרם אתנול, ולכן עלינו לחשב את האנרגיה עבור כל שומה של אתנול. לשם כך נעשה את הדברים הבאים:

את המשקל הטוחני של אתנול מבקשים (סכום משקלי האטום), ערך שווה ל 46 גרם / מול.

ΔH1 = -300 KJ (46 גרם) אתנול = - 1380 KJ / mol

10 גרם אתנול 1 מולול אתנול

הדבר נעשה גם לגבי חומצה אצטית:

CH3COOH (l) + 2O2 (g) 2CO2 (g) + 2 H2O (l) ΔH2 = -840 KJ / mol

ΔH2 = -140 KJ (60 גרם חומצה אצטית) = - 840 KJ / mol

10 גרם חומצה אצטית 1 שומן חומצה אצטית.

בתגובות הקודמות מתוארת בעירה של אתנול וחומצה אצטית, ולכן יש צורך לכתוב את הנוסחה הבעייתית, שהיא חמצון של אתנול לחומצה אצטית עם ייצור מים.

זו התגובה שהבעיה מבקשת. זה כבר מאוזן.

CH3CH2OH (l) + O2 (g) CH3COOH (l) + H2O (l) ΔH3 =?

בקשת החוק של הס

לשם כך אנו מכפילים את המשוואות התרמודינמיות על ידי מקדמים מספריים כדי להפוך אותם לאלגבריים וכדי להיות מסוגלים לארגן נכון כל משוואה. זה נעשה כאשר מגיב אחד או יותר אינם נמצאים בצד המקביל של המשוואה.

המשוואה הראשונה נשארת זהה מכיוון שהאתנול נמצא בצד המגיב כפי שמצוין במשוואת הבעיה.

יש להכפיל את המשוואה השנייה במקדם -1 באופן שהחומצה האצטית שהיא כתגובה יכולה להפוך למוצר

CH3CH2OH (l) + 3O2 (g) 2CO2 (g) + 3H2O (l) ΔH1 = -1380 KJ / mol.

- CH3COOH (l) - 2O2 (g) - 2CO2 (g) - 2H2O (l) ΔH2 = - (-840 KJ / mol)

CH3CH3OH + 3O2 -2O2 - CH3COOH 2CO2 + 3H2O -2CO2

-2H2O

הם מוסיפים אלגברית וזו התוצאה: המשוואה המבוקשת בבעיה.

CH3CH3OH (l) + O2 (g) CH3COOH (l) + H2O (l)

קבעו את האנטלפיה של התגובה.

באותו אופן שבו כופרה כל תגובה במקדם המספרי, יש להכפיל גם את הערך של האנטלופות.

ΔH3 = 1x ΔH1 -1xΔH2 = 1x (-1380) -1x (-840)

ΔH3 = -1380 + 840 = - 540 KJ / mol

ΔH3 = - 540 KJ / mol.

בתרגיל הקודם לאתנול שתי תגובות, בעירה וחמצון.

בכל תגובת בעירה יש היווצרות של CO2 ו- H2O ואילו בחמצון של אלכוהול ראשוני כמו אתנול נוצרת חומצה אצטית.

הפניות

1. סדרון, חואן קרלוס, ויקטוריה לנדה, ג'ואנה רובלס (2011). כימיה כללית. חומר הוראה. לימה: האוניברסיטה הקתולית הקתולית של פרו.
2. כִּימִיָה. Libretexts. תרמוכימיה. נלקח מ- hem.libretexts.org.
3. לוין, א. פיסיקו-כימיה. כרך ב '.