JAKA JEST ENTALPIA FORMACJI? (Z ĆWICZENIAMI) - FIZYCZNY - 2026

Entalpia formacja jest zmiana entalpii cierpiał w tworzeniu jednego mola związku lub substancji w warunkach standardowych. Przez standardowe ciśnienie rozumie się sytuację, w której reakcja tworzenia jest prowadzona pod ciśnieniem atmosferycznym jednej atmosfery iw temperaturze pokojowej 25 stopni Celsjusza lub 298,15 Kelvina.

Normalny stan pierwiastków reaktywnych w reakcji formowania odnosi się do najbardziej powszechnego stanu skupienia (stałego, ciekłego lub gazowego) tych substancji w standardowych warunkach ciśnienia i temperatury.

W reakcji tworzenia się związku ciepło jest wymieniane z otoczeniem. Źródło: pixabay

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.

Standardowa entalpia

Symbolem entalpii jest H, ale w konkretnym przypadku entalpii tworzenia jest on oznaczony przez ΔH0f, aby wskazać, że odnosi się do zmiany, której doświadcza ta funkcja termodynamiczna w reakcji tworzenia mola określonego związku w standardowych warunkach.

W zapisie indeks górny 0 wskazuje warunki standardowe, a indeks dolny f wskazuje na tworzenie się jednego mola substancji wychodząc z reagentów w stanie agregacji i najbardziej stabilnej alotropowej postaci reagentów w warunkach standardowych.

Ciepło formowania

Pierwsza zasada stanowi, że ciepło wymieniane w procesie termodynamicznym jest równe zmianie energii wewnętrznej substancji biorących udział w procesie plus pracy wykonanej przez te substancje w procesie:

Q = ΔU + W

W tym przypadku reakcję prowadzi się pod stałym ciśnieniem, a konkretnie pod ciśnieniem jednej atmosfery, więc praca będzie iloczynem ciśnienia i zmiany objętości.

Następnie ciepło powstania pewnego związku, które oznaczymy przez Q0f, jest powiązane ze zmianą energii wewnętrznej i objętości w następujący sposób:

Q0f = ΔU + P ΔV

Ale pamiętając definicję standardowej entalpii mamy to:

Q0f = ΔH0f

Różnica między entalpią a ciepłem formowania

Wyrażenie to 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, to entalpia tworzenia jest dodatnia.

Równania termochemiczne

W równaniu formowania termochemicznego należy wskazać nie tylko reagenty i produkty. W pierwszej kolejności konieczne jest zbilansowanie równania chemicznego w taki sposób, 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 postać 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

Ważne uwagi

- Wszystkie są zbilansowane w oparciu o tworzenie 1 mola produktu.

- Wskazany jest stan skupienia odczynników i produktu.

- Wskazana jest entalpia 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 warunkach standardowych mają entropię tworzenia zero.

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

Rozwiązane ćwiczenia

-Ćwiczenie 1

Wiedząc, że do powstania etenu (C2H4) wymagane jest oddanie 52 kJ ciepła na każdy mol, a jego reagentami są wodór i grafit, napisz równanie termochemiczne dla tworzenia etenu.

Rozwiązanie

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

-Ćwiczenie 2

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 uwolniono 38,35 kJ ciepła.

Podaj równanie chemiczne i termochemiczne. Oblicz entropię tworzenia się nadtlenku wodoru.

Rozwiązanie

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 zbiorniku w standardowych warunkach, więc wiemy, że każdy z gazów zajmuje 5 litrów.

Wykorzystanie standardowych warunków do uzyskania równania termochemicznego

Z kolei w warunkach normalnych ciśnienie 1 atm = 1013 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 określona 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 daje to następujące równanie termochemiczne:

H2 (gaz) + O2 (gaz) → H2O2 (ciecz); ΔH0f = -188 kJ / mol

Bibliografia

1. Kasztany E. Entalpia w reakcjach chemicznych. Odzyskany z: lidiaconlaquimica.wordpress.com
2. Termochemia. Entalpia reakcji. Odzyskane z: recursostic.educacion.es
3. Termochemia. Definicja standardowej entalpii reakcji. Odzyskany z: quimitube.com
4. Termochemia. Definicja entalpii formacji i przykłady. Odzyskany z: quimitube.com
5. Wikipedia. Standardowa entalpia reakcji. Odzyskane z: wikipedia.com
6. Wikipedia. Entalpia formacji. Odzyskane z: wikipedia.com