REAKTIONS ENTALPI: DEFINITION, TERMOKEMI, ØVELSER - FYSISK - 2025

Reaktionens entalpi er en termodynamisk funktion, der tillader beregning af den varme, der er opnået eller leveret ved en kemisk reaktion, forudsat at denne reaktion er sket ved konstant tryk. Det defineres som den indre energi U plus produktet af trykket P med volumen V af de stoffer, der deltager i en kemisk reaktion, som følger: H = U + P ∙ V

Derfor har enthalpi dimensioner af energi, og i det internationale målesystem måles det i Joules. For at forstå forholdet mellem enthalpi og den varme, der udveksles i en kemisk reaktion, er det nødvendigt at huske den første lov om termodynamik, der siger følgende: Q = ΔU + W

Figur 1. Ved forbrænding af en gas formindskes entalpien. Kilde: pixabay

Den første lov fastlægger, at varmen, der udveksles i en termodynamisk proces, er lig med variationen i den indre energi af de stoffer, der er involveret i processen, plus det arbejde, der udføres af disse stoffer i processen.

I enhver proces beregnes arbejdet W ved følgende forhold:

I ovenstående udtryk er Vi det indledende volumen, Vf det endelige volumen og P trykket. Hvis processen udføres ved konstant tryk P, vil det resulterende arbejde være:

Hvor ΔV er ændringen i volumen.

Definition

Kemiske reaktioner er termodynamiske processer, der normalt forekommer ved konstant tryk og meget ofte ved atmosfærisk tryk. Denne type termodynamiske proces kaldes "isobarisk", da den forekommer ved konstant tryk.

I dette tilfælde kan den første lov om termodynamik skrives sådan:

Qp = ΔU + P ∙ ΔV

Hvor Qp indikerer, at varmen er udvekslet ved konstant tryk. Hvis definitionen af ​​entalpi H = U + P ∙ V introduceres i det forrige udtryk, får vi:

Qp = ΔH

Derfor indikerer en positiv entalpiændring en reaktion, der har taget varme fra miljøet. Dette er en endoterm reaktion.

Tværtimod, hvis entalpien ændres er negativ, er det en eksoterm reaktion.

Faktisk kommer ordet entalpi fra det græske ord enthalpien, som betyder "at varme."

Enthalpy kaldes også ofte varme. Men det skal være klart, at det ikke er det samme som varme, men det er varmeudvekslingen under den termodynamiske proces, der ændrer entalpien.

Forholdet til varmen

I modsætning til varme er entalpi en funktion af tilstanden. Når du beregner entalpiændringen, beregner du forskellen på to funktioner, der udelukkende afhænger af systemets tilstand, såsom intern energi og volumen.

ΔH = ΔU + P ∙ ΔV

Da trykket forbliver konstant i reaktionen, er reaktionens entalpi en funktion af tilstanden, der kun afhænger af den indre energi og volumen.

I en kemisk reaktion kan entalpien af ​​reaktanterne defineres som summen af ​​summen af ​​hver af dem; og det af produkterne som summen af ​​entalpien af ​​alle produkterne.

Ændringen i entalpien i en reaktion er forskellen mellem produkterne minus reaktanternes:

Figur 2. Enthalpy diagram. Kilde: self made.

I en endoterm reaktion er entalpien af ​​produkterne større end reaktanternes; det vil sige, reaktionen tager varme fra miljøet. Tværtimod, ved en eksoterm reaktion er reaktionenes entalpi større end produkternes, da reaktionen afgiver varme til miljøet.

Standard entalpi

Da entalpiændringen i en kemisk reaktion kan afhænge af tryk og temperatur, er det sædvanligt at definere standardreaktionsbetingelser:

Standard reaktionstemperatur: 25 ° C

Standard reaktionstryk: 1 atm = 1 bar.

Standard entalpien betegnes således: H °

termokemi

I en termokemisk ligning er ikke kun reaktanter og produkter vigtige, enthalpiændringen betyder også noget. Enthalpy forstås som reaktionen på den ændring, der fandt sted under den.

Lad os som et eksempel se på følgende reaktioner:

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

H2 (gas) + (½) O2 (gas) → H2O (væske); ΔH ° = -285,8 kJ (eksotermisk).

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

Enthalpy er en omfattende termodynamisk mængde

Hvis udtrykkene i en kemisk ligning ganges eller divideres med en bestemt faktor, ganges entalpien eller divideres med den samme.

Hvis reaktionen vendes, vendes også tegnet på reaktionsentalpien.

Løst øvelser

- Øvelse 1

Acetylengas C2H2 opnås fra reaktionen af ​​calciumcarbid CaC2, der kommer i granuleret form med vand ved omgivelsestemperatur og -tryk.

Som data har vi entalpiene til dannelse af reaktanterne:

ΔH ° (CaC2) = -59,0 kJ / mol

ΔH ° (H20) = -285,8 kJ / mol

Og entalpien ved dannelse af produkterne:

ΔH ° (C2H2) = +227,0 kJ / mol

ΔH ° (Ca (OH) 2) = -986,0 kJ / mol

Find reaktionens standardantropi.

Løsning

Den første ting er at hæve den afbalancerede kemiske ligning:

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

Og nu er reaktionernes, produkter og reaktionens entalpier:

- Reagenser: -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 er en eksoterm reaktion.

- Øvelse 2

Når der brændes 1 liter acetylen under standardbetingelser, hvor meget varme frigives der?

Løsning

Når den er afbalanceret, ser forbrændingsreaktionen af ​​acetylen således ud:

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

Vi har brug for entalpiene ved dannelse af produkterne:

ΔH ° (CO2) = -393,5 kJ / mol

ΔH ° (H20 (l)) = -285,8 kJ / mol

Beregning af entalpier

Med disse data kan vi beregne produktets entalpi:

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

Og entalpien til dannelse af reaktanterne:

ΔH ° (C2H2) = 227,0 kJ / mol

ΔH ° (O2) = 0,0 kJ / mol

Reaktantens entalpi vil være:

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

Den molære reaktionsenthalpi vil derefter være: ΔH ° (produkter) - ΔH ° (reaktanter) = -1072,8 kJ / mol - 227,0 kJ / mol = -1299,8 kJ / mol

Enthalpy af forbrænding

Nu skal vi vide, hvor mange mol acetylen der er en liter acetylen under standardbetingelser. Til dette vil vi bruge tilstanden ligning af en ideel gas, som vi vil løse for antallet af mol.

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

P = 1 atm = 1.013 x 10⁵ Pa

V = 1 l = 1,0 x 10 ^ -3 m³

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

T = 25 ° C = 298,15 K

n = 0,041 mol

Forbrændingens entalpi af 1 liter acetylen er 0,041 mol * (-1299,8 kJ / mol) = -53,13 kJ

Det negative tegn angiver, at det er en eksoterm reaktion, der frigiver 53,13 kJ = 12,69 kcal.

Referencer

1. Kastanjer E. Entalpy ved kemiske reaktioner. Gendannes fra: lidiaconlaquimica.wordpress.com
2. Termokemi. Enthalpy af reaktion. Gendannes fra: recursostic.educacion.es
3. Termokemi. Definition af standardreaktionens entalpi. Gendannes fra: quimitube.com
4. Wikipedia. Standard entalpi af reaktion. Gendannet fra: wikipedia.com
5. Wikipedia. Dannelses entalpi. Gendannet fra: wikipedia.com