ENTALPI NEDIR? - KIMYA

Entalpi , basınca tabi tutulan bir hacme sahip bir gövde (sistemi) içinde ihtiva edilen enerji miktarının bir ölçüsüdür ve çevresiyle değiştirilebilir. H harfi ile temsil edilir.Bununla ilişkili fiziksel birim Joule'dir (J = kgm2 / s2).

Matematiksel olarak şu şekilde ifade edilebilir:

H = U + PV

Nerede:

H = Entalpi

U = Sistemin iç enerjisi

P = Basınç

V = Hacim

Hem U hem de P ve V durum fonksiyonları ise, H de olacaktır. Bunun nedeni, sistemde çalışılacak değişken için belirli bir anda bazı başlangıç ve son koşullar verilebilmesidir.

Oluşum entalpisi nedir?

Bir maddenin 1 mol ürününün normal toplanma durumundaki elementlerinden üretildiğinde bir sistem tarafından emilen veya salınan ısıdır; katı, sıvı, gaz halinde, çözelti veya en kararlı allotropik durumda.

Karbonun en kararlı allotropik durumu, normal basınç 1 atmosfer ve 25 ° C sıcaklık koşullarında olmasının yanı sıra grafittir.

ΔH ° f olarak belirtilir. Böylece:

ΔH ° f = H son - H başlangıç

Δ: Son durum ve bir başlangıçtaki enerjideki değişimi veya varyasyonu sembolize eden Yunanca harf. Alt simge f, bileşik oluşumu ve üst simge veya standart koşulları belirtir.

Misal

Sıvı suyun oluşum reaksiyonu göz önüne alındığında

H2 (g) + ½ O2 (g) H2O (l) ΔH ° f = -285,84 kJ / mol

Reaktifler : Hidrojen ve Oksijen doğal hali gazdır.

Ürün : 1 mol sıvı su.

Tanıma göre oluşum entalpilerinin, üretilen 1 mol bileşik için olduğuna dikkat edilmelidir, bu nedenle reaksiyon, önceki örnekte görüldüğü gibi, mümkünse fraksiyonel katsayılarla ayarlanmalıdır.

Ekzotermik ve endotermik reaksiyonlar

Kimyasal bir süreçte, oluşum entalpisi, reaksiyon endotermik ise pozitif ΔHof> 0 olabilir, yani ortamdan ısıyı absorbe eder veya reaksiyon sistemden ısı emisyonu ile ekzotermik ise negatif ΔHof <0 olabilir.

Egzotermik reaksiyon

Reaktifler, ürünlerden daha yüksek enerjiye sahiptir.

ΔH ° f <0

Endotermik reaksiyon

Reaktifler, ürünlerden daha düşük enerjiye sahiptir.

ΔH ° f> 0

Kimyasal bir denklemi doğru yazmak için molar olarak dengelenmesi gerekir. "Maddenin Korunması Yasası" na uymak için, aynı zamanda reaktanların ve ürünlerin toplanma durumu olarak bilinen fiziksel durumu hakkında bilgi içermelidir.

Ayrıca, saf maddelerin standart koşullarda ve en kararlı hallerinde sıfır oluşum entalpisine sahip oldukları da dikkate alınmalıdır.

Reaktiflerin ve ürünlerin bulunduğu kimyasal bir sistemde, reaksiyon entalpisi, standart koşullar altında oluşum entalpisine eşittir.

ΔH ° rxn = ΔH ° f

Yukarıdakileri dikkate alarak şunları yapmalıyız:

ΔH ° rxn = ∑nproducts H ∑nreaktif ürünler Hreaktif

Aşağıdaki hayali reaksiyon göz önüne alındığında

aA + bB cC

Burada a, b, c, dengeli kimyasal denklemin katsayılarıdır.

Reaksiyon entalpisinin ifadesi şöyledir:

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

Varsayalım ki: a = 2 mol, b = 1 mol ve c = 2 mol.

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

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

ΔH ° rxn = -560KJ.

Daha sonra bir ekzotermik reaksiyona karşılık gelir.

25 ° C ve 1 atm basınçta bazı inorganik ve organik kimyasal bileşiklerin oluşum entalpisi değerleri

Entalpi hesaplamak için egzersizler

1. Egzersiz

NO2 (g) reaksiyon entalpisini aşağıdaki reaksiyona göre bulun:

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

Elimizdeki reaksiyon entalpisi denklemini kullanarak:

ΔH ° rxn = ∑nproducts H ∑nreaktif ürünler Hreaktif

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

Bir önceki bölümdeki tabloda oksijen oluşum entalpisinin 0 KJ / mol olduğunu görebiliriz, çünkü oksijen saf bir bileşiktir.

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

ΔH ° rxn = -114.14 KJ

Bir kimyasal sistemdeki reaksiyon entalpisini hesaplamanın bir başka yolu, İsviçreli kimyager Germain Henri Hess tarafından 1840'ta önerilen HESS LAW'dir.

Kanun şöyle diyor: "Reaktiflerin ürünlere dönüştürüldüğü kimyasal bir süreçte emilen veya yayılan enerji, ister tek ister birkaç aşamada gerçekleştirilsin aynıdır".

Egzersiz 2

Etan oluşturmak için asetilene hidrojenin eklenmesi tek adımda gerçekleştirilebilir:

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

Veya iki aşamada da olabilir:

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

Her iki denklemi de cebirsel olarak topladığımızda:

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

Egzersiz 3

(Quimitube.com'dan alınmıştır. Alıştırma 26. Hess Yasası Termodinamiği)

Problemin ifadesinden de görülebileceği gibi, sadece bazı sayısal veriler ortaya çıkmaktadır ancak kimyasal reaksiyonlar ortaya çıkmamaktadır, bu nedenle bunları yazmak gerekmektedir.

CH3CH2OH (1) + 3O2 (g) 2CO2 (g) +3 H20 (1) ΔH1 = -1380 KJ / mol.

Negatif entalpi değeri yazılır çünkü problem enerji açığa çıktığını söylüyor. Ayrıca 10 gram etanol olduğunu da göz önünde bulundurmalıyız, bu nedenle her mol etanol için enerjiyi hesaplamalıyız. Bunun için aşağıdakiler yapılır:

Etanolün molar ağırlığı aranır (atom ağırlıklarının toplamı), 46 g / mol'e eşit bir değer.

ΔH1 = -300 KJ (46 g) etanol = - 1380 KJ / mol

10 g etanol 1mol etanol

Aynısı asetik asit için de geçerlidir:

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

ΔH2 = -140 KJ (60 g asetik asit) = - 840 KJ / mol

10 g asetik asit 1 mol asetik asit.

Önceki reaksiyonlarda etanol ve asetik asidin yanması anlatılmış, bu nedenle etanolün su üretimi ile asetik aside oksidasyonu olan problem formülünün yazılması gerekmektedir.

Sorunun istediği tepki budur. Zaten dengelidir.

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

Hess hukuku uygulaması

Bunun için termodinamik denklemleri sayısal katsayılarla çarparak cebirsel hale getiriyoruz ve her denklemi doğru bir şekilde düzenleyebiliyoruz. Bu, bir veya daha fazla reaktan denklemin karşılık gelen tarafında olmadığında yapılır.

İlk denklem aynı kalır çünkü etanol, problem denkleminde gösterildiği gibi reaktan tarafındadır.

İkinci denklem, reaktan olarak asetik asidin ürün haline gelebileceği şekilde -1 katsayısı ile çarpılmalıdır.

CH3CH2OH (1) + 3O2 (g) 2CO2 (g) + 3H2O (1) ΔH1 = -1380 KJ / mol.

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

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

-2H2O

Cebirsel olarak eklerler ve sonuç budur: problemde istenen denklem.

CH3CH3OH (1) + O2 (g) CH3COOH (1) + H20 (1)

Reaksiyonun entalpisini belirleyin.

Her reaksiyonun sayısal katsayı ile çarpılması gibi, entalpilerin değeri de çarpılmalıdır.

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

ΔH3 = -1380 + 840 = - 540 KJ / mol

ΔH3 = - 540 KJ / mol.

Önceki alıştırmada, etanolün iki reaksiyonu vardır, yanma ve oksidasyon.

Her yanma reaksiyonunda CO2 ve H2O oluşumu varken, etanol gibi bir birincil alkolün oksidasyonunda asetik asit oluşumu vardır.

Referanslar

Cedrón, Juan Carlos, Victoria Landa, Juana Robles (2011). Genel Kimya. Öğretim materyali. Lima: Peru Papalık Katolik Üniversitesi.
Kimya. Libretexts. Termokimya. Hem.libretexts.org adresinden alınmıştır.
Levine, I. Fizikokimya. vol.2.

ENTALPI NEDIR? - KIMYA - 2024