Plik entalpia formacji to zmiana, jakiej zachodzi entalpia podczas tworzenia mola związku lub substancji w standardowych warunkach. Rozumie się, że stan ciśnienia standardowego to sytuacja, w której reakcję tworzenia prowadzi się pod ciśnieniem atmosferycznym jednej atmosfery i w temperaturze pokojowej 25 stopni Celsjusza lub 298,15 Kelvina..
Normalny stan pierwiastków reaktywnych w reakcji tworzenia odnosi się do najbardziej powszechnego stanu skupienia (stałego, ciekłego lub gazowego) tych substancji w standardowych warunkach ciśnienia i temperatury..
Stan normalny odnosi się również do najbardziej stabilnej formy alotropowej tych reaktywnych pierwiastków w standardowych warunkach reakcji..
Entalpia H jest funkcją termodynamiczną, która jest definiowana jako energia wewnętrzna U plus iloczyn ciśnienia P i objętości V substancji, które biorą udział w reakcji chemicznej tworzenia się molowej substancji:
H = U + P ∙ V
Entalpia ma wymiary energii iw Międzynarodowym Systemie Pomiarów jest mierzona w dżulach.
Indeks artykułów
Symbolem entalpii jest H, ale w konkretnym przypadku entalpii tworzenia jest on oznaczony przez ΔH0f, aby wskazać, że odnosi się do zmiany, jakiej doświadcza ta funkcja termodynamiczna w reakcji tworzenia mola określonego związku w warunkach standardowych.
W notacji indeks górny 0 wskazuje warunki standardowe, a indeks dolny f odnosi się do tworzenia mola substancji wychodząc z reagentów w stanie agregacji i najbardziej stabilnej alotropowej postaci reagentów w warunkach standardowych..
Pierwsza zasada stanowi, że ciepło wymieniane w procesie termodynamicznym jest równe zmianie energii wewnętrznej substancji biorących udział w procesie oraz pracy wykonanej przez te substancje w procesie:
Q = ΔU + W
W tym przypadku reakcja jest prowadzona przy stałym ciśnieniu, a konkretnie przy ciśnieniu jednej atmosfery, więc praca będzie iloczynem ciśnienia i zmiany objętości.
Następnie ciepło powstania pewnego związku, które oznaczymy przez Q0f, jest związane ze zmianą energii wewnętrznej i objętości w następujący sposób:
Q0f = ΔU + P ΔV
Pamiętając jednak definicję standardowej entalpii mamy:
Q0f = ΔH0f
To wyrażenie nie oznacza, że ciepło formacji i entalpia formacji są takie same. Prawidłowa interpretacja jest taka, że ciepło wymieniane podczas reakcji tworzenia spowodowało zmianę entropii powstałej substancji w stosunku do reagentów w warunkach standardowych..
Z drugiej strony, ponieważ entalpia jest rozległą funkcją termodynamiczną, ciepło tworzenia zawsze odnosi się do jednego mola utworzonego związku..
Jeśli reakcja tworzenia jest egzotermiczna, entalpia tworzenia jest ujemna.
Wręcz przeciwnie, jeśli reakcja tworzenia jest endotermiczna, entalpia tworzenia jest dodatnia..
W równaniu formowania termochemicznego należy wskazać nie tylko reagenty i produkty. Przede wszystkim konieczne jest takie zbilansowanie równania chemicznego, aby ilość powstałego związku wynosiła zawsze 1 mol.
Z drugiej strony, w równaniu chemicznym należy wskazać stan skupienia reagentów i produktów. W razie potrzeby należy również wskazać alotropową formę tego samego, ponieważ ciepło tworzenia zależy od wszystkich tych czynników..
W równaniu formacji termochemicznej należy również wskazać entalpię tworzenia.
Spójrzmy na kilka przykładów dobrze postawionych równań termochemicznych:
H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O (g); ΔH0f = -241,9 kJ / mol
H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O (l); ΔH0f = -285,8 kJ / mol
H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O (s); ΔH0f = -292,6 kJ / mol
- Wszystkie są zbilansowane w oparciu o tworzenie 1 mola produktu.
- Wskazany jest status agregacji odczynników i produktu.
- Wskazano entalpię formacji.
Należy zauważyć, że entalpia tworzenia zależy od stanu skupienia produktu. Z trzech reakcji najbardziej stabilna w standardowych warunkach jest druga.
Ponieważ w reakcji chemicznej, aw szczególności w reakcji tworzenia, liczy się zmiana entropii, a nie sama entropia, przyjmuje się, że czyste pierwiastki w ich postaci cząsteczkowej i stanie naturalnej agregacji w standardowych warunkach mają entropię tworzenia. Null.
Oto kilka przykładów:
O2 (g); ΔH0f = 0 kJ / mol
Cl2 (g); ΔH0f = 0 kJ / mol
Na (s); ΔH0f = 0 kJ / mol
C (grafit); ΔH0f = 0 kJ / mol
Wiedząc, że do powstania etenu (C2H4) wymagane jest dostarczenie 52 kJ ciepła na każdy mol, a jego reagentami są wodór i grafit, napisz równanie termochemiczne tworzenia etenu.
Najpierw podnosimy równanie chemiczne i równoważymy je na podstawie jednego mola etenu.
Następnie bierzemy pod uwagę, że do zajścia reakcji tworzenia wymagane jest dostarczenie ciepła, co wskazuje, że jest to reakcja endotermiczna, a zatem entropia formacji jest dodatnia..
2 C (stały grafit) + 2 H2 (gaz) → C2H4 (gaz); ΔH0f = +52 kJ / mol
W standardowych warunkach wodór i tlen miesza się w 5-litrowym pojemniku. Tlen i wodór reagują całkowicie bez żadnego z reagentów, tworząc nadtlenek wodoru. W wyniku reakcji do otoczenia uwolniło się 38,35 kJ ciepła.
Podaj równanie chemiczne i termochemiczne. Oblicz entropię tworzenia się nadtlenku wodoru.
Reakcja tworzenia nadtlenku wodoru to:
H2 (gaz) + O2 (gaz) → H2O2 (ciecz)
Zauważ, że równanie jest już zbilansowane na podstawie jednego mola produktu. Oznacza to, że do wyprodukowania jednego mola nadtlenku wodoru potrzeba jednego mola wodoru i jednego mola tlenu..
Ale stwierdzenie problemu mówi nam, że wodór i tlen są mieszane w 5-litrowym pojemniku w standardowych warunkach, więc wiemy, że każdy z gazów zajmuje 5 litrów.
Z kolei w warunkach normalnych średnie ciśnienie 1 atm = 1,013 x 10⁵ Pa i temperatura 25 ° C = 298,15 K.
W standardowych warunkach 1 mol gazu doskonałego zajmie 24,47 L, co można zweryfikować na podstawie następujących obliczeń:
V = (1 mol * 8,3145 J / (mol * K) * 298,15 K) / 1,03 x 10⁵ Pa = 0,02447 m³ = 24,47 L.
Ponieważ dostępnych jest 5 L, liczba moli każdego z gazów jest wyrażona wzorem:
5 litrów / 24,47 litrów / mol = 0,204 mola każdego z gazów.
Zgodnie ze zbilansowanym równaniem chemicznym powstanie 0,204 mola nadtlenku wodoru, uwalniając 38,35 kJ ciepła do otoczenia. Oznacza to, że do utworzenia jednego mola nadtlenku potrzeba 38,35 kJ / 0,204 mola = 188 kJ / mol.
Ponadto, ponieważ podczas reakcji ciepło jest uwalniane do otoczenia, entalpia tworzenia jest ujemna. Ostatecznie otrzymujemy następujące równanie termochemiczne:
H2 (gaz) + O2 (gaz) → H2O2 (ciecz); ΔH0f = -188 kJ / mol
Jeszcze bez komentarzy