Entalpia: čo to je, typy, variácie, príklady

THE entalpia je termodynamická funkcia, ktorou vypočítava teplo zahrnuté v izobarických procesoch, teda ktoré sú udržiavané pod stálym tlakom. K jej rozvoju došlo krátko po páde kalorickej teórie, s napredovaním o termodynamika medzi rokmi 1840 a 1850.

Entalpia pre čoumica, nemá veľký význam, ak sa s ním pracuje ako s absolútnou a izolovanou hodnotou, ale pri zvažovaní má zmena jeho hodnoty v chemickom procese. Existuje niekoľko spôsobov, ako vypočítať variáciu entalpie procesu, pričom hlavnými z nich sú energie tvorby, väzby a tiež tamhej od hess.

Prečítajte si tiež: Čo je Gibbs Free Energy?

Zhrnutie entalpie

• Entalpia je termodynamický nástroj na výpočet tepla zahrnutého v procesoch, ktoré sa vyskytujú pri konštantnom tlaku.

• Definoval ho americký fyzik Josiah W. Gibbs, v kontexte pádu kalorickej teórie.

• V chémii vždy používame zmenu entalpie, reprezentovanú ako ΔH.

• Chemické reakcie, ktoré absorbujú teplo, sa nazývajú endotermické a majú ΔH > 0.

• Chemické reakcie, pri ktorých sa uvoľňuje teplo, sa nazývajú exotermické a majú ΔH < 0.

Video lekcia o entalpii

Čo je entalpia?

Entalpia, vždy reprezentovaná H, bola spočiatku definoval americký fyzik Josiah Willard Gibbs, ktorú nazval funkciou tepla pri konštantnom tlaku, keďže podľa jeho slov:

„[...] zníženie funkcie predstavuje vo všetkých prípadoch, keď sa tlak nemení, teplo odovzdané systémom.

Neprestávaj teraz... Po reklame viac ;)

Z Gibbsovej práce teda môžeme entalpiu chápať ako termodynamickú funkciu, ktorej odchýlka sa číselne rovná množstvu tepla vymeneného v systéme, do tlak konštantný. To znamená, že v izobarických procesoch (ako väčšina chemických procesov) vedieť vypočítať variáciu funkcie entalpie, potom je možné poznať hodnotu tepla vymeneného medzi systémom a susedstve.

Obrázok zobrazujúci Josiaha Willarda Gibbsa (1839-1903).

Takáto korelácia s teplom spôsobuje mnohí študenti si mylne myslia, že entalpia je synonymom pre teplo alebo niečo ako energetický obsah, tepelný obsah, uvoľnené teplo a absorbované teplo a podobne.

Entalpia vznikla v kontexte kolapsu kalorickej teórie, ktorá zaobchádzala s teplom ako s nevýznamnou hmotnou substanciou, ktorá sa prenášala z teplejších telies na chladnejšie. Preto vznikla potreba mať nový nástroj na výpočet tepla. Riešením teda bolo použitie veličín, ktoré už mali definované termodynamické rovnice, ako je entalpia.

Prečítajte si tiež: Ako vypočítať zmenu entalpie roztoku?

variácia entalpie

Keďže entalpia je nástroj používaný na výpočet tepla vymeneného v chemickom procese, nemá zmysel používať ju ako absolútne izolované číslo, ale berúc do úvahy jej variáciu, teda v praxi, by sme mali posúdiť len to, koľko číselne sa entalpia zmenila počas chemického procesu, keďže termodynamika nás uisťuje, že jej variácia je číselne sa rovná teplu uvoľnenému alebo absorbovanému v procese.

Presne povedané, variáciu entalpie môžeme definovať ako:

ΔH = H_Finálny - H_{počiatočné}

Rovnako ako v chemických procesoch, za konečný krok možno považovať produkty a za počiatočný krok možno považovať činidlá. Je tiež bežné vidieť definíciu variácie entalpie ako:

ΔH = H_Produkty - H_činidlá

Z praktického a interpretačného hľadiska ak je zmena entalpie pozitívna (ΔH> 0), hovoríme, že chemická reakcia je endotermickýto znamená, že počas celého procesu dochádza k absorpcii tepla. Už ak je zmena entalpie negatívna (ΔH< 0), hovoríme, že chemická reakcia je exotermický, to znamená, že počas celého procesu sa uvoľňuje teplo.

Zmena entalpie je v mnohých prípadoch pozorovaná v grafoch, ako je znázornené v nasledujúcich príkladoch.

Príklad 1:

Schéma endotermickej reakcie

V grafoch entalpie pre endotermické reakcie je možné vidieť, že množstvo entalpie produktov je väčšie ako množstvo reaktantov, čo naznačuje, že zmena v priebehu reakcie je pozitívna. Ak je teda ΔH > 0, môžeme povedať, že k chemickému procesu došlo s absorpciou tepla.

Príklad 2:

Tabuľka exotermickej reakcie:

V grafoch entalpie pre exotermické reakcie je možné vidieť, že množstvo entalpie produktov je menšie ako množstvo reaktantov, čo naznačuje, že odchýlka v priebehu reakcie je negatívna. Ak je teda ΔH < 0, môžeme povedať, že k chemickému procesu došlo pri uvoľnení tepla.

Prečítajte si viac o týchto klasifikáciách chemických reakcií v texte: PREendotermické a exotermické procesy.

Druhy entalpie

1. formačná entalpia

THE formačná entalpia é vypočítané založený na tvorba chemických reakcií, čo sú reakcie, pri ktorých z ich najstabilnejších jednoduchých látok pri izbovej teplote a tlaku 1 atmosféry vzniká jeden mol zložených látok.

H₂(g) + ½ O₂ (g) → H₂0 (1) H°_f = -286 kJ/mol

Veľkou výhodou tvorby entalpie je, že jednoduché látky stabilnejšie pri izbovej teplote a tlaku 1 atmosféry majú entalpiu dohodnutú na nule. To neznamená, že sú v skutočnosti nulové, ale pre zjednodušenie a lepšiu klasifikáciu sa s nimi takto zaobchádza.

Bytie H = H_Produkty - H_činidláak vezmeme do úvahy, že H_činidlá = 0môžeme povedať, že pozorovaná hodnota ΔH sa vzťahuje len na produkty, ktoré sú v týchto prípadoch vždy jedným mólom zloženej látky. Preto uvádzame túto hodnotu ako štandardnú variáciu entalpie tvorby vody, reprezentovanú ΔH°_f.

Práve s touto metodikou malo niekoľko látok svoje variácie štandardná entalpia formačné tabuľky, ako môžeme vidieť nižšie.

Látka	Formačná entalpia (ΔH°f) v kJ/mol
CO2 (g)	-393,4
CaO(y)	-634,9
HI(g)	+25,9
NIE (g)	+90,1

1. väzbová entalpia

Väzbová entalpia slúži na označenie množstva energie, ktorá sa podieľa na pretrhnutí alebo tvorbe daného krtka. chemická väzba.

Rozumie sa, že na prerušenie chemickej väzby je potrebné absorbovať teplo, takže väzbové atómy zväčšia svoje vnútornej energie a následne zvýšiť svoju kinetickú energiu. s väčším Kinetická energia, atómy vibrujú intenzívnejšie, čo spôsobuje rozpad väzieb. Každé prerušenie väzby je teda endotermický proces.

V opačnom prípade, aby sa vytvorila chemická väzba, atómy strácajú slobodu pohybu a potrebujú znížiť stupeň svojho pohybu, čím sa zníži ich kinetická energia. Náhradná energia sa potom uvoľní vo forme tepla. teda celá tvorba väzby je exotermický proces.

V tabuľke nižšie sú uvedené hodnoty energií spojených s každou chemickou väzbou.

Pripojenie	Väzbová energia (kJ/mol)
C-H	412,9
C-C	347,8
O=O	497,8
F-F	154,6
NIE	943,8

Všimnite si, že v hodnotách nie sú žiadne znamienka, pretože sú v module. Signál totiž musíte priradiť vy v závislosti od toho, či je spojenie prerušené alebo vytvorené.

1. Spaľovacia entalpia

THE spaľovacia entalpia slúži na označenie množstvo tepla uvoľneného pri spaľovaní jedného mólu látky. Treba poznamenať, že každá reakcia spaľovania je exotermická, pretože pri každom spaľovaní sa uvoľňuje teplo.

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

V tabuľke nižšie sú uvedené hodnoty entalpie spaľovania niektorých chemických látok.

Látka	entalpia spaľovania (ΔH°Ç) v kJ/mol
Etanol - C2H5och (1)	-1368
Benzén - C6H6 (1)	-3268
Oktán - C8H18 (1)	-5471
Glukóza - C6H12O6 (s)	-2808

1. Entalpia zmeny fyzického stavu

Každá zmena fyzikálneho stavu zahŕňa výmenu tepla. Preto, entalpia zmeny fyzického stavu slúži na označenie množstvo tepla zapojené do procesov zmeny fyzikálneho stavu.

Máme napríklad odparovanie vody:

H₂O (1) → H₂O (g) AH = +44 kJ/mol

Pri topení vody máme:

H₂O(s) → H₂0 (1) AH = +7,3 kJ/mol

Hodnoty entalpie sú pre inverzné procesy symetrické, čo znamená, že napríklad zmena entalpie pri skvapalňovaní vody je -44 kJ/mol, pričom pri jej tuhnutí je rovná -7,3 kJ/mol.

Prečítajte si tiež: Čo je to entropia?

Vyriešené cvičenia na entalpiu

Otázka 1 - (UERJ 2018) Znečisťujúca kapacita uhľovodíka použitého ako palivo je určená pomerom medzi uvoľnenou energiou a množstvom CO₂ vzniká pri jeho úplnom spaľovaní. Čím vyšší je pomer, tým nižšia je kapacita znečisťovania. Nižšie uvedená tabuľka ukazuje štandardnú entalpiu spaľovania štyroch uhľovodíkov.

Z tabuľky vyplýva, že uhľovodík s najnižšou znečisťujúcou kapacitou je:

1. Oktánový

2. Hexán

3. benzén

4. pentán

Rozhodnutie

Alternatíva D

Otázka naznačuje, že znečisťujúca kapacita je definovaná ako pomer (kvocient) medzi uvoľnenou energiou a množstvom CO₂ vzniká pri jeho úplnom spaľovaní. Čím väčšia dôvod, čím nižšia je znečisťujúca kapacita, to znamená, že na mól CO sa uvoľní viac energie₂ generované.

Kompletné spaľovacie reakcie Uhľovodíky citované sú:

Oktánový: Ç₈H₁₈ +25/2 O₂ → 8 CO₂ + 9 hodín₂Dôvod: 5440/8 = 680

Hexán: Ç₆H₁₄ +19/2 O₂ → 6 CO₂ + 7 hodín₂Dôvod: 4140/6 = 690

benzén: Ç₆H₆ + 15/2 O₂ → 6 CO₂ + 3 H₂Dôvod: 3270/6 = 545

pentán: Ç₅H₁₂ + 8 O₂ → 5 CO₂ + 6 H₂Dôvod: 3510/5 = 702

Môžeme teda konštatovať, že pentán je uhľovodík s najnižšou znečisťujúcou kapacitou.

Otázka 2 – (Enem 2015) Využitie lesných zvyškov je každým dňom atraktívnejšie, keďže ide o obnoviteľný zdroj energie. Obrázok predstavuje spaľovanie bio-oleja extrahovaného z drevného odpadu, kde ΔH₁ kolísanie entalpie v dôsledku spálenia 1 g tohto bio-oleja, výsledkom čoho je oxid uhličitý a kvapalná voda a ΔH₂ zmena entalpie spojená s premenou 1 g vody v plynnom stave na kvapalné skupenstvo.

Rozdiel entalpie v kJ na spálenie 5 g tohto bio oleja, výsledkom čoho je CO₂ (plynný) a H₂(plynné) je:

A) -106

B) -94

C) -82

D) -21.2

E) -16,4

Rozhodnutie

Alternatíva C

Z uvedeného grafu máme ΔH₁ ako variácia entalpie spaľovania biooleja produkujúceho CO₂ g) a H₂O (1) a AH₂ ako zmena entalpie skvapalňovania vody, keďže CO₂ zostáva plynný a iba fyzikálny stav Voda zmeny (z plynu na kvapalinu).

Cvičenie si vyžaduje zmenu entalpie spaľovaním 5 g biooleja, čím vzniká CO₂ (plynný) a H₂O (plynný). Z diagramu možno túto zmenu entalpie definovať ako ΔH = ΔH₁ – H₂. Hodnota ΔH sa teda bude rovnať -16,4 kJ/g. Táto variácia, ako môžeme vidieť na jednotke, platí pre KAŽDÝ gram bio-oleja. Pre 5 gramov musíme urobiť pomer:

1g bio-olej -16,4 kJ

5 g bio-oleja x

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

x = -82 kJ

Potom môžeme označiť alternatívu C.

Autor: Stéfano Araújo Novais
Učiteľ chémie