Entalpia: co to jest, rodzaje, zmienność, przykłady

TEN entalpia jest funkcją termodynamiczną, dzięki której oblicza ciepło zaangażowane w procesy izobaryczne, to znaczy, które są utrzymywane pod stałą presją. Jej rozwój nastąpił niedługo po upadku teorii kalorycznej, wraz z postępem termodynamika w latach 1840-1850.

Entalpia dla Coumica, nie ma większego znaczenia, jeśli jest traktowany jako wartość bezwzględna i izolowana, ale ma znaczenie, gdy bierze się pod uwagę zmienność jego wartości w procesie chemicznym. Istnieje kilka sposobów obliczania zmian entalpii procesu, z których główne to energia tworzenia, wiązania, a także tamhej z hess.

Przeczytaj też: Co to jest darmowa energia Gibbsa?

Podsumowanie entalpii

• Entalpia to termodynamiczne narzędzie do obliczania ciepła zaangażowanego w procesy zachodzące przy stałym ciśnieniu.

• Został zdefiniowany przez amerykańskiego fizyka Josiaha W. Gibbs, w kontekście upadku teorii kalorycznej.

• W chemii zawsze używamy zmiany entalpii, reprezentowanej jako ΔH.

• Reakcje chemiczne, które pochłaniają ciepło, nazywane są endotermicznymi i mają ΔH > 0.

• Reakcje chemiczne, które uwalniają ciepło, nazywane są egzotermicznymi i mają ΔH < 0.

Lekcja wideo na temat entalpii

Co to jest entalpia?

Entalpia, zawsze reprezentowana przez H, była początkowo zdefiniowany przez amerykańskiego fizyka Josiaha Willarda Gibbsa, którą nazwał funkcją ciepła przy stałym ciśnieniu, ponieważ w swoich słowach:

„[…] spadek funkcji reprezentuje, we wszystkich przypadkach, w których ciśnienie się nie zmienia, ciepło oddawane przez system.”

Teraz nie przestawaj... Po reklamie jest więcej ;)

Z pracy Gibbsa możemy zatem zrozumieć entalpię jako funkcję termodynamiczną, której zmienność jest liczbowo równa ilości ciepła wymienianego w układzie, do nacisk stały. Oznacza to, że w procesach izobarycznych (jak większość procesów chemicznych) poznanie obliczyć zmienność funkcji entalpii, można wtedy poznać wartość ciepła wymienianego między układem a sąsiedztwo.

Obraz przedstawiający Josiaha Willarda Gibbsa (1839-1903).

Taka korelacja z przyczynami ciepła wielu uczniów błędnie uważa, że ​​entalpia jest synonimem ciepło lub coś takiego jak zawartość energii, zawartość ciepła, ciepło uwolnione i ciepło pochłonięte i tym podobne.

Entalpia powstała w kontekście upadku teorii kalorycznej, która traktowała ciepło jako nieodzowną substancję materialną, która była przenoszona z ciał cieplejszych do ciał zimniejszych. Zaistniała więc potrzeba posiadania nowego narzędzia do obliczania ciepła. Rozwiązaniem było zatem użycie wielkości, które już zdefiniowały równania termodynamiczne, takie jak entalpia.

Przeczytaj też: Jak obliczyć zmianę entalpii roztworu?

zmienność entalpii

Ponieważ entalpia jest narzędziem używanym do obliczania ciepła wymienianego w procesie chemicznym, nie ma sensu używać jej jako bezwzględnej, izolowanej liczby, ale biorąc pod uwagę jego zmienność, czyli w praktyce należy jedynie ocenić, jak bardzo liczbowo zmieniła się entalpia w trakcie procesu chemicznego, gdyż termodynamika zapewnia nas, że jej zmienność to liczbowo równe ciepłu uwolnionemu lub pochłoniętemu w procesie.

Ściśle mówiąc, możemy zdefiniować zmienność entalpii jako:

ΔH = H_Finał - H_Inicjał

Podobnie jak w procesach chemicznych, etap końcowy można uznać za produkty, a etap początkowy można uznać za odczynniki. Często widuje się również definicję zmienności entalpii jako:

ΔH = H_produkty - H_odczynniki

Z praktycznego i interpretacyjnego punktu widzenia jeśli zmiana entalpii jest dodatnia (ΔH> 0), mówimy, że reakcja chemiczna jest endotermicznyto znaczy, że podczas całego procesu zachodzi absorpcja ciepła. Już jeśli zmiana entalpii jest ujemna (ΔH< 0), mówimy, że reakcja chemiczna jest egzotermiczny, to znaczy ciepło jest uwalniane podczas całego procesu.

Zmienność entalpii w wielu przypadkach jest obserwowana na wykresach, jak pokazano w poniższych przykładach.

Przykład 1:

Wykres reakcji endotermicznej

Na wykresach entalpii dla reakcji endotermicznych widać, że ilość entalpii produktów jest większa niż substratów, co wskazuje, że zmienność wzdłuż reakcji jest dodatnia. Tak więc, jeśli ΔH > 0, możemy powiedzieć, że proces chemiczny zachodził z absorpcją ciepła.

Przykład 2:

Wykres reakcji egzotermicznej:

Na wykresach entalpii dla reakcji egzotermicznych widać, że ilość entalpii produktów jest mniejsza niż substratów, co wskazuje, że zmienność wzdłuż reakcji jest ujemna. Zatem mając ΔH < 0, możemy powiedzieć, że proces chemiczny zachodził z wydzieleniem ciepła.

Przeczytaj więcej o tych klasyfikacjach reakcji chemicznych w tekście: DLAprocesy endotermiczne i egzotermiczne.

Rodzaje entalpii

1. entalpia formacji

TEN entalpia formacji é obliczony na podstawie powstawanie reakcji chemicznych, które są reakcjami, w których jeden mol substancji złożonych powstaje z ich najbardziej stabilnych substancji prostych w temperaturze pokojowej i pod ciśnieniem 1 atmosfery.

h₂(g) + ½ uncji₂ (g) → H₂O(l) H°_F = -286 kJ/mol

Wielką zaletą entalpii tworzenia jest to, że proste substancje, które są bardziej stabilne w temperaturze pokojowej i pod ciśnieniem 1 atmosfery, mają entalpię uzgodnioną zerową. Nie oznacza to, że faktycznie są one zerowe, ale dla uproszczenia i lepszej klasyfikacji są traktowane w ten sposób.

Istnienie h = H_produkty - H_odczynniki, jeśli weźmiemy pod uwagę, że H_odczynniki = 0, możemy powiedzieć, że obserwowana wartość ΔH dotyczy tylko produktów, które w tych przypadkach są zawsze jednym molem substancji złożonej. Dlatego zestawiamy tę wartość jako standardową zmienność entalpii tworzenia wody, reprezentowaną przez ΔH°_F.

To dzięki tej metodologii kilka substancji miało swoje odmiany entalpia standardowa tabele formacyjne, jak widać poniżej.

Substancja	Entalpia formacji (ΔH°F) w kJ/mol
WSPÓŁ2 (g)	-393,4
CaO(y)	-634,9
Cześć G)	+25,9
NIE (g)	+90,1

1. entalpia wiązania

Entalpia wiązania służy do wskazania ilości energii zaangażowanej w pęknięcie lub utworzenie danego mola. wiązanie chemiczne.

Rozumie się to jako, aby zerwać wiązanie chemiczne, konieczne jest pochłanianie ciepła, dzięki czemu atomy wiążące zwiększają ich energia wewnętrzna iw konsekwencji zwiększ swoją energię kinetyczną. z większym energia kinetyczna, atomy wibrują intensywniej, powodując zerwanie wiązań. Tak więc każde zerwanie wiązania jest procesem endotermicznym.

W przeciwnym razie, aby utworzyć wiązanie chemiczne, atomy tracą swobodę ruchu i muszą zmniejszyć swój stopień ruchu, zmniejszając swoją energię kinetyczną. Zapasowa energia jest następnie uwalniana w postaci ciepła. Zatem, wszelkie tworzenie wiązań jest procesem egzotermicznym.

Poniższa tabela przedstawia wartości energii związanych z każdym wiązaniem chemicznym.

Połączenie	Energia wiązania (kJ/mol)
C-H	412,9
C-C	347,8
O═O	497,8
F-F	154,6
NIE	943,8

Zauważ, że w wartościach nie ma znaków, ponieważ są one w module. Dzieje się tak, ponieważ sygnał musi być przypisany przez Ciebie w zależności od tego, czy łącze jest zerwane, czy uformowane.

1. Entalpia spalania

TEN entalpia spalania służy do wskazania ilość ciepła uwolnionego podczas spalania jednego mola substancji. Należy zauważyć, że każda reakcja spalania jest egzotermiczna, ponieważ każde spalanie uwalnia ciepło.

CH₄ (g) + 2 O₂ (g) → CO₂ (g) + 2 godz₂ΔH°_C = -889,5 kJ/mol

Poniższa tabela przedstawia entalpię wartości spalania dla niektórych substancji chemicznych.

Substancja	Entalpia spalania (ΔH°C) w kJ/mol
Etanol - C2h5OH (1)	-1368
Benzen - C6h6 (1)	-3268
Oktan - C8h18 (1)	-5471
Glukoza - C6h12O6 (s)	-2808

1. Entalpia zmiany stanu fizycznego

Każda zmiana stanu fizycznego wiąże się z wymianą ciepła. Dlatego też entalpia zmiany stanu fizycznego służy do wskazania ilość ciepła zaangażowana w procesy zmiany stanu fizycznego.

Na przykład mamy do czynienia z waporyzacją wody:

h₂O (1) → H₂O (g) ΔH = +44 kJ/mol

W topieniu wody mamy:

h₂O(y) → H₂O(l) ΔH = +7,3 kJ/mol

Wartości entalpii są symetryczne dla procesów odwrotnych, co oznacza, że ​​np. zmiana entalpii w upłynnianiu wody wynosi -44 kJ/mol, podczas gdy w jej krzepnięciu -7,3 kJ/mol.

Przeczytaj też: Czym jest entropia?

Rozwiązane ćwiczenia na entalpię

Pytanie 1 - (UERJ 2018) Zdolność do zanieczyszczania węglowodorów stosowanych jako paliwo określa stosunek uwolnionej energii do ilości CO₂ powstały w całkowitym spaleniu. Im wyższy wskaźnik, tym mniejsza zdolność zanieczyszczania. Poniższa tabela przedstawia standardową entalpię spalania czterech węglowodorów.

Z tabeli węglowodór o najniższej zdolności zanieczyszczającej to:

1. Oktan

2. Heksan

3. Benzen

4. pentan

Rezolucja

Alternatywa D

Pytanie wskazuje, że zdolność zanieczyszczania definiuje się jako stosunek (iloraz) uwolnionej energii do ilości CO₂ powstały w całkowitym spaleniu. Im większy powód, tym mniejsza zdolność zanieczyszczania, czyli więcej energii jest uwalniane na mol CO₂ wygenerowane.

Całkowite reakcje spalania Węglowodory cytowane są:

Oktan: C₈h₁₈ +25/2 O₂ → 8 CO₂ + 9 godzin₂Powód: 5440/8 = 680

Heksan: C₆h₁₄ +19/2 O₂ → 6 CO₂ + 7 godzin₂Powód: 4140/6 = 690

Benzen: C₆h₆ + 15/2 O₂ → 6 CO₂ + 3 godz₂Powód: 3270/6 = 545

pentan: C₅h₁₂ + 8 O₂ → 5 CO₂ + 6 godz₂Powód: 3510/5 = 702

Możemy zatem stwierdzić, że pentan jest węglowodorem o najniższej zdolności zanieczyszczania.

Pytanie 2 - (Enem 2015) Wykorzystanie odpadów leśnych z każdym dniem staje się coraz bardziej atrakcyjne, ponieważ są one odnawialnym źródłem energii. Rysunek przedstawia spalanie bio-oleju pozyskiwanego z odpadów drzewnych, gdzie ΔH₁ zmiana entalpii spowodowana spaleniem 1 g tego bio-oleju, w wyniku czego powstaje dwutlenek węgla i woda w stanie ciekłym oraz ΔH₂ zmiana entalpii związana z konwersją 1 g wody w stanie gazowym w stan ciekły.

Zmienność entalpii, w kJ, dla spalenia 5 g tego bio-oleju, w wyniku czego powstaje CO₂ (w postaci gazowej) i H₂(Gazowe) to:

A) -106

B) -94

C) -82

D) -21,2

E) -16,4

Rezolucja

Alternatywa C

Z pokazanego wykresu mamy ΔH₁ jako zmienność entalpii spalania biooleju wytwarzająca CO₂ (g) i H₂O (1) i ΔH₂ jako zmiana entalpii upłynniania wody, ponieważ CO₂ pozostaje w stanie gazowym i tylko stan fizyczny Woda zmiany (z gazu na ciecz).

Ćwiczenie prosi o zmianę entalpii spalania 5 g bio-oleju, w wyniku czego powstaje CO₂ (w postaci gazowej) i H₂O (gazowy). Z wykresu tę zmianę entalpii można zdefiniować jako ΔH = ΔH₁ - H₂. Zatem wartość ΔH będzie równa -16,4 kJ/g. Ta odmiana, jak widzimy w jednostce, dotyczy KAŻDEGO grama bio-oleju. Za 5 gramów musimy zrobić proporcja:

1 g bio-oleju -16,4 kJ

5 g bio-oleju x

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

x = -82 kJ

Możemy wtedy zaznaczyć alternatywę C.

Stéfano Araújo Novais
Nauczyciel chemii