Entalpie: co to je, typy, variace, příklady

THE entalpie je termodynamická funkce, pomocí které vypočítává teplo zahrnuté v izobarických procesech, tedy které jsou udržovány pod stálým tlakem. K jejímu rozvoji došlo krátce po pádu kalorické teorie, s rozvojem termodynamika mezi lety 1840 a 1850.

Entalpie pro coumica, nemá velký význam, pokud se s ním pracuje jako s absolutní a izolovanou hodnotou, ale při uvažování ano kolísání jeho hodnoty v chemickém procesu. Existuje několik způsobů, jak vypočítat variaci entalpie procesu, hlavní z nich je prostřednictvím energie tvorby, vazby a také pomocí energie. tamahoj od hesse.

Přečtěte si také: Co je Gibbs Free Energy?

Shrnutí entalpie

• Entalpie je termodynamický nástroj pro výpočet tepla zahrnutého v procesech, které se vyskytují při konstantním tlaku.

• Definoval ji americký fyzik Josiah W. Gibbs, v souvislosti s pádem kalorické teorie.

• V chemii vždy používáme změnu entalpie, reprezentovanou jako ΔH.

• Chemické reakce, které absorbují teplo, se nazývají endotermické a mají ΔH > 0.

• Chemické reakce, které uvolňují teplo, se nazývají exotermické a mají ΔH < 0.

Video lekce entalpie

Co je entalpie?

Entalpie, vždy reprezentovaná H, byla zpočátku definoval americký fyzik Josiah Willard Gibbs, kterou nazval funkcí tepla při konstantním tlaku, protože podle jeho slov:

„[…] pokles funkce představuje ve všech případech, kdy se tlak nemění, teplo odevzdávané systémem.

Nepřestávej teď... Po reklamě je toho víc ;)

Z Gibbsovy práce tedy můžeme entalpii chápat jako termodynamickou funkci, jejíž variace je číselně rovna množství tepla vyměněného v systému, to tlak konstantní. To znamená, že v izobarických procesech (jako většina chemických procesů) vědět vypočítat variaci funkce entalpie, lze pak znát hodnotu tepla vyměněného mezi systémem a sousedství.

Obrázek zobrazující Josiaha Willarda Gibbse (1839-1903).

Taková korelace s teplem způsobuje mnoho studentů se mylně domnívá, že entalpie je synonymem pro teplo nebo něco jako energetický obsah, tepelný obsah, uvolněné teplo a absorbované teplo a podobně.

Entalpie vznikla v kontextu kolapsu kalorické teorie, která zacházela s teplem jako s nevýznamnou hmotnou substancí, která se přenášela z teplejších těles na chladnější. Vznikla tak potřeba mít nový nástroj pro výpočet tepla. Řešením tedy bylo použití veličin, které již měly definované termodynamické rovnice, jako je entalpie.

Přečtěte si také: Jak vypočítat změnu entalpie roztoku?

variace entalpie

Protože entalpie je nástroj používaný k výpočtu tepla vyměněného v chemickém procesu, nemá smysl ji používat jako absolutní, izolované číslo, ale s ohledem na její variaci, tedy v praxi, bychom měli pouze posoudit, jak moc se numericky změnila entalpie během chemického procesu, protože termodynamika nás ujišťuje, že její variace je číselně se rovná teplu uvolněnému nebo absorbovanému v procesu.

Přísně vzato můžeme variaci entalpie definovat jako:

ΔH = H_Finále - H_{počáteční}

Stejně jako v chemických procesech lze za konečný krok považovat produkty a za počáteční krok lze považovat činidla. Je také běžné vidět definici variace entalpie jako:

ΔH = H_produkty - H_činidel

Z praktického a interpretačního hlediska pokud je změna entalpie kladná (ΔH> 0), říkáme, že chemická reakce je endotermníto znamená, že během procesu dochází k absorpci tepla. Již pokud je změna entalpie záporná (ΔH< 0), říkáme, že chemická reakce je exotermický, to znamená, že se během procesu uvolňuje teplo.

Variace entalpie je v mnoha případech pozorována v grafech, jak je ukázáno v následujících příkladech.

Příklad 1:

Graf endotermické reakce

V grafech entalpie pro endotermické reakce lze vidět, že množství entalpie produktů je větší než množství reaktantů, což ukazuje, že změna v průběhu reakce je pozitivní. Pokud je tedy ΔH > 0, můžeme říci, že k chemickému procesu došlo s absorpcí tepla.

Příklad 2:

Tabulka exotermické reakce:

V grafech entalpie pro exotermické reakce lze vidět, že množství entalpie produktů je menší než množství reaktantů, což ukazuje, že změna v průběhu reakce je negativní. Když je tedy ΔH < 0, můžeme říci, že k chemickému procesu došlo za uvolnění tepla.

Přečtěte si více o těchto klasifikacích chemických reakcí v textu: PROendotermické a exotermické procesy.

Typy entalpie

1. formační entalpie

THE formační entalpie é vypočítané založeno na tvorba chemických reakcí, což jsou reakce, při kterých z jejich nejstabilnějších jednoduchých látek při pokojové teplotě a tlaku 1 atmosféry vzniká jeden mol složených látek.

H₂(g) + ½ O₂ (g) → H₂O (1) H°_F = -286 kJ/mol

Velkou výhodou tvorby entalpie je, že jednoduché látky stabilnější při pokojové teplotě a tlaku 1 atmosféry mají entalpii dohodnutou na nule. To neznamená, že jsou ve skutečnosti nulové, ale pro zjednodušení a lepší klasifikaci se s nimi takto zachází.

Bytost H = H_produkty - H_činidelVezmeme-li tedy v úvahu, že H_činidel = 0lze říci, že pozorovaná hodnota ΔH se vztahuje pouze k produktům, které jsou v těchto případech vždy jedním molem složené látky. Proto uvádíme tuto hodnotu jako standardní variaci entalpie tvorby vody, reprezentovanou ΔH°_F.

Právě s touto metodikou mělo několik látek své variace standardní entalpie formační tabulky, jak můžeme vidět níže.

Látka	Formační entalpie (ΔH°F) v kJ/mol
CO2 (G)	-393,4
CaO(y)	-634,9
HI(g)	+25,9
NE (g)	+90,1

1. vazebná entalpie

Vazebná entalpie slouží k indikaci množství energie zapojené do prasknutí nebo tvorby daného molu. chemická vazba.

Rozumí se, že k přerušení chemické vazby je nutné absorbovat teplo, takže vazebné atomy zvětší svůj vnitřní energie a následně zvýšit svou kinetickou energii. s větším Kinetická energieatomy vibrují intenzivněji, což způsobuje přerušení vazeb. Každé přerušení vazby je tedy endotermický proces.

V opačném případě, aby se vytvořila chemická vazba, atomy ztrácejí svobodu pohybu a potřebují snížit stupeň svého pohybu, čímž se sníží jejich kinetická energie. Náhradní energie se pak uvolňuje ve formě tepla. Tím pádem, veškerá tvorba vazby je exotermický proces.

Níže uvedená tabulka ukazuje hodnoty energií spojených s každou chemickou vazbou.

Spojení	Vazebná energie (kJ/mol)
C-H	412,9
C-C	347,8
O═O	497,8
F-F	154,6
NE	943,8

Všimněte si, že v hodnotách nejsou žádná znaménka, protože jsou v modulu. Signál totiž musíte přiřadit vy v závislosti na tom, zda je spojení přerušeno nebo vytvořeno.

1. Spalovací entalpie

THE spalovací entalpie slouží k označení množství tepla uvolněného při spalování jednoho molu látky. Je třeba poznamenat, že každá spalovací reakce je exotermická, protože při každém spalování se uvolňuje teplo.

CH₄ (g) + 20₂ (g) → CO₂ (g) + 2H₂ΔH°_C = -889,5 kJ/mol

Níže uvedená tabulka ukazuje hodnoty entalpie spalování pro některé chemické látky.

Látka	Spalovací entalpie (ΔH°C) v kJ/mol
Ethanol - C2H5oh (1)	-1368
Benzen - C6H6 (1)	-3268
Oktan - C8H18 (1)	-5471
Glukóza - C6H12Ó6 (s)	-2808

1. Entalpie změny fyzického stavu

Každá změna fyzikálního stavu zahrnuje výměnu tepla. Proto, entalpie změny fyzického stavu slouží k označení množství tepla zapojeného do procesů změny fyzikálního stavu.

Máme například odpařování vody:

H₂O (1) → H₂O (g) AH = +44 kJ/mol

Při tání vody máme:

H₂O(s) → H₂O (1) AH = +7,3 kJ/mol

Hodnoty entalpie jsou pro inverzní procesy symetrické, což znamená, že např. změna entalpie při zkapalňování vody je -44 kJ/mol, zatímco při jejím tuhnutí je rovna -7,3 kJ/mol.

Přečtěte si také: Co je to entropie?

Řešené úlohy na entalpii

Otázka 1 - (UERJ 2018) Znečišťující kapacita uhlovodíku používaného jako palivo je určena poměrem mezi uvolněnou energií a množstvím CO₂ vzniká při jeho úplném spalování. Čím vyšší je poměr, tím nižší je znečišťující kapacita. Níže uvedená tabulka ukazuje standardní entalpii spalování čtyř uhlovodíků.

Z tabulky vyplývá, že uhlovodík s nejnižší znečišťující kapacitou je:

1. Oktan

2. Hexan

3. Benzen

4. pentan

Řešení

Alternativa D

Otázka ukazuje, že znečišťující kapacita je definována jako poměr (kvocient) mezi uvolněnou energií a množstvím CO₂ vzniká při jeho úplném spalování. Čím větší důvod, čím nižší je znečišťující kapacita, to znamená, že se uvolňuje více energie na mol CO₂ vytvořené.

Kompletní spalovací reakce Uhlovodíky citované jsou:

Oktan: Ç₈H₁₈ +25/2 O₂ → 8 CO₂ + 9 hodin₂Důvod: 5440/8 = 680

Hexan: Ç₆H₁₄ +19/2 O₂ → 6 CO₂ + 7 hodin₂Důvod: 4140/6 = 690

Benzen: Ç₆H₆ + 15/2 O₂ → 6 CO₂ + 3 H₂Důvod: 3270/6 = 545

pentan: Ç₅H₁₂ + 8 O₂ → 5 CO₂ + 6 H₂Důvod: 3510/5 = 702

Můžeme tedy dojít k závěru, že pentan je uhlovodík s nejnižší znečišťující kapacitou.

Otázka 2 – (Enem 2015) Využití lesních zbytků je každým dnem atraktivnější, protože jde o obnovitelný zdroj energie. Obrázek představuje spalování bio-oleje extrahovaného z dřevního odpadu, kde ΔH₁ kolísání entalpie v důsledku spálení 1 g tohoto bio-oleje, jehož výsledkem je oxid uhličitý a kapalná voda a ΔH₂ změna entalpie spojená s přeměnou 1 g vody v plynném skupenství na kapalné skupenství.

Rozdíl entalpie, v kJ, pro spálení 5 g tohoto bio-oleje, což má za následek CO₂ (plynné) a H₂(plynné) je:

A) -106

B) -94

C) -82

D) -21.2

E) -16.4

Řešení

Alternativa C

Z uvedeného grafu máme ΔH₁ jako variace entalpie spalování bionafty produkující CO₂ g) a H₂O (1) a AH₂ jako změna entalpie zkapalňování vody, protože CO₂ zůstává plynný a pouze fyzikální stav Voda změny (z plynu na kapalinu).

Cvičení vyžaduje změnu entalpie spalováním 5 g bio-oleje, což má za následek CO₂ (plynné) a H₂O (plynný). Z diagramu lze tuto změnu entalpie definovat jako ΔH = ΔH₁ – H₂. Hodnota ΔH tedy bude rovna -16,4 kJ/g. Tato variace, jak můžeme vidět na jednotce, platí pro KAŽDÝ gram bio-oleje. Pro 5 gramů musíme udělat poměr:

1 g bio oleje -16,4 kJ

5 g bio-oleje x

1. x = 5. (-16,4)

x = -82 kJ

Pak můžeme označit alternativu C.

Autor: Stéfano Araújo Novais
Učitel chemie