NộI Dung
- TL; DR (Quá dài; Không đọc)
- Định nghĩa của Enthalpy
- Tính toán thay đổi Enthalpy đơn giản
- Entanpi của giai đoạn chuyển tiếp
- Luật Hess từ
Sự thay đổi entanpi của một phản ứng là lượng nhiệt được hấp thụ hoặc giải phóng khi phản ứng diễn ra, nếu nó xảy ra ở áp suất không đổi. Bạn hoàn thành tính toán theo nhiều cách khác nhau tùy thuộc vào tình huống cụ thể và thông tin bạn có sẵn. Đối với nhiều tính toán, luật Hess, là phần thông tin chính bạn cần sử dụng, nhưng nếu bạn biết độ hấp thụ của sản phẩm và chất phản ứng thì việc tính toán đơn giản hơn nhiều.
TL; DR (Quá dài; Không đọc)
Bạn có thể tính toán các thay đổi trong enthalpy bằng công thức đơn giản: ∆H = Hcác sản phẩm - Hchất phản ứng
Định nghĩa của Enthalpy
Định nghĩa chính xác của enthalpy (H) là tổng năng lượng bên trong (U) cộng với tích của áp suất (P) và thể tích (V). Trong các biểu tượng, đây là:
H = U + PV
Do đó, một sự thay đổi trong enthalpy (H) là:
∆H = ∆U + P∆V
Trong đó ký hiệu delta (∆) có nghĩa là Thay đổi trong. Trong thực tế, áp suất được giữ không đổi và phương trình trên được thể hiện tốt hơn như sau:
∆H = ∆U + P∆V
Tuy nhiên, đối với áp suất không đổi, sự thay đổi entanpi chỉ đơn giản là nhiệt (q) được truyền:
∆H = q
Nếu (q) dương, phản ứng là phản ứng nhiệt (tức là, hấp thụ nhiệt từ môi trường xung quanh) và nếu âm tính, phản ứng tỏa nhiệt (tức là giải phóng nhiệt vào môi trường xung quanh). Enthalpy có đơn vị kJ / mol hoặc J / mol, hoặc nói chung, năng lượng / khối lượng. Các phương trình trên thực sự liên quan đến vật lý của dòng nhiệt và năng lượng: nhiệt động lực học.
Tính toán thay đổi Enthalpy đơn giản
Cách cơ bản nhất để tính toán thay đổi enthalpy sử dụng entanpy của sản phẩm và chất phản ứng. Nếu bạn biết những đại lượng này, hãy sử dụng công thức sau để tìm ra sự thay đổi tổng thể:
∆H = Hcác sản phẩm - Hchất phản ứng
Việc thêm ion natri vào ion clorua để tạo thành natri clorua là một ví dụ về phản ứng bạn có thể tính theo cách này. Ionic natri có entanpy 239,7 kJ / mol và ion clorua có entanpy −167,4 kJ / mol. Natri clorua (muối ăn) có entanpy −411 kJ / mol. Chèn các giá trị này sẽ cho:
∆H = −411 kJ / mol - (−239,7 kJ / mol −167,4 kJ / mol)
= −411 kJ / mol - (−407.1 kJ / mol)
= −411 kJ / mol + 407,1 kJ / mol = −3,9 kJ / mol
Vì vậy, sự hình thành của muối giải phóng gần 4 kJ năng lượng mỗi mol.
Entanpi của giai đoạn chuyển tiếp
Khi một chất thay đổi từ rắn sang lỏng, lỏng sang khí hoặc rắn sang khí, có những entanpy cụ thể liên quan đến những thay đổi này. Entanpi (hoặc nhiệt ẩn) nóng chảy mô tả quá trình chuyển từ rắn sang lỏng (ngược lại trừ đi giá trị này và được gọi là entanpy của phản ứng tổng hợp), entanpy của sự hóa hơi mô tả quá trình chuyển từ lỏng sang khí (và ngược lại là ngưng tụ) và entanpy của thăng hoa mô tả quá trình chuyển từ rắn sang khí (ngược lại được gọi là entanpy của ngưng tụ).
Đối với nước, entanpy của sự tan chảy là ∆Htan chảy = 6,017 kJ / mol. Hãy tưởng tượng rằng bạn làm nóng băng từ 250 Kelvin cho đến khi nó tan chảy, sau đó làm nóng nước đến 300 K. Sự thay đổi entanpy cho các bộ phận làm nóng chỉ là nhiệt cần thiết, vì vậy bạn có thể tìm thấy nó bằng cách sử dụng:
∆H = nC∆T
Trong đó (n) là số mol, (T) là sự thay đổi về nhiệt độ và (C) là nhiệt dung riêng. Nhiệt dung riêng của nước đá là 38,1 J / K mol và nhiệt dung riêng của nước là 75,4 J / K mol. Vì vậy, việc tính toán diễn ra trong một vài phần. Đầu tiên, băng phải được làm nóng từ 250 K đến 273 K (tức là, −23 ° C đến 0 ° C). Đối với 5 mol băng, đây là:
∆H = nC∆T
= 5 mol × 38,1 J / K mol × 23 K
= 4.382 kJ
Bây giờ nhân số entanpy của sự tan chảy với số mol:
∆H = n Htan chảy
= 5 mol × 6,017 kJ / mol
= 30.035 kJ
Các tính toán cho sự hóa hơi là như nhau, ngoại trừ entanpy hóa hơi thay cho sự nóng chảy. Cuối cùng, tính toán giai đoạn gia nhiệt cuối cùng (từ 273 đến 300 K) theo cách tương tự như lần đầu tiên:
∆H = nC∆T
= 5 mol × 75,4 J / K mol × 27 K
= 10.179 kJ
Tính tổng các phần này để tìm tổng thay đổi entanpi cho phản ứng:
∆Htoàn bộ = 10.179 kJ + 30.035 kJ + 4.382 kJ
= 44,596 kJ
Luật Hess từ
Luật Hess sườn rất hữu ích khi phản ứng mà bạn đang xem xét có hai hoặc nhiều phần và bạn muốn tìm sự thay đổi tổng thể trong enthalpy. Nó nói rằng sự thay đổi entanpi cho một phản ứng hoặc quá trình là độc lập với tuyến đường mà nó xảy ra. Điều này có nghĩa là nếu phản ứng biến đổi chất này thành chất khác, thì không thành vấn đề nếu phản ứng xảy ra trong một bước (chất phản ứng trở thành sản phẩm ngay lập tức) hoặc liệu có trải qua nhiều bước (chất phản ứng trở thành trung gian và sau đó trở thành sản phẩm), kết quả là sự thay đổi entanpy là giống nhau trong cả hai trường hợp.
Nó thường giúp vẽ sơ đồ (xem Tài nguyên) để giúp bạn sử dụng luật này. Một ví dụ là nếu bạn bắt đầu với sáu mol carbon kết hợp với ba hydro, chúng sẽ kết hợp với oxy như một bước trung gian và sau đó tạo thành benzen như một sản phẩm cuối cùng.
Định luật Hess, nói rằng sự thay đổi entanpy của phản ứng là tổng của những thay đổi trong entanpy của cả hai phần. Trong trường hợp này, quá trình đốt cháy một mol carbon có ∆H = −394 kJ / mol (điều này xảy ra sáu lần trong phản ứng), sự thay đổi entanpi khi đốt cháy một mol khí hydro là ∆H = −286 kJ / mol (điều này xảy ra ba lần) và các chất trung gian carbon dioxide và nước trở thành benzen với sự thay đổi entanpy là ∆H = +3,267 kJ / mol.
Lấy tổng của những thay đổi này để tìm ra tổng số thay đổi entanpi, hãy nhớ nhân từng số với số mol cần thiết trong giai đoạn đầu của phản ứng:
∆Htoàn bộ = 6×(−394) + 3×(−286) +3,267
= 3,267 − 2,364 - 858
= 45 kJ / mol