TEPLO RIEŠENIA: AKO SA POČÍTA, APLIKÁCIE A CVIČENIA - FYZICKÝ

Teplo roztoku alebo entalpia riešenie je teplo, ktoré je absorbované alebo uvoľňuje počas rozpúšťacieho procesu určité množstvo rozpustenej látky v rozpúšťadle, za podmienok konštantného tlaku.

Ak dôjde k chemickej reakcii, je potrebná energia tak na vytváranie, ako aj na prerušenie väzieb, ktoré umožňujú tvorbu nových látok. Energia, ktorá prúdi na uskutočnenie týchto procesov, je teplo a termochémia je vedecké odvetvie, ktoré je zodpovedné za ich štúdium.

Zdroj: Pixnio.

Pojem entalpia sa používa na označenie tepelného toku, keď chemické procesy prebiehajú za podmienok konštantného tlaku. Za vytvorenie tohto pojmu sa považuje holandský fyzik Heike Kamerlingh Onnes (1853 - 1926), ktorý objavil supravodivosť.

Ako sa počíta?

Aby sme našli entalpiu, musíme začať od prvého zákona termodynamiky, ktorý sa domnieva, že kolísanie vnútornej energie ΔU systému je spôsobené absorbovaným teplom Q a prácou W, ktorú na ňom vykonáva nejaký externý agent:

Ak je práca negatívnym integrálom v celom objeme produktu, tlakom a diferenciálnou zmenou objemu. Táto definícia je ekvivalentná zápornému integrálu skalárneho súčinu sily a vektora posunu pri mechanickej práci:

Keď sa použije podmienka konštantného tlaku uvedená vyššie, P môže vyjsť z integrálu; práca je preto:

- Vyjadrenie entalpie

Ak je tento výsledok nahradený v Δ U, dostaneme:

Množstvo U + PV sa nazýva entalpia H, takže:

Entalpia sa meria v jouloch, pretože je to energia.

Entalpia roztoku

Počiatočné zložky roztoku sú rozpustená látka a rozpúšťadlo a majú pôvodnú entalpiu. Keď dôjde k tomuto rozpusteniu, bude mať svoju vlastnú entalpiu.

V tomto prípade možno entalpickú zmenu v jouloch vyjadriť ako:

Buď v štandardnej entalpickej forme ΔH ^o , kde výsledok je v jouloch / mol

Ak reakcia uvoľní teplo, príznak AH je negatívny (exotermický proces), ak absorbuje teplo (endotermický proces), znamienko bude pozitívne. Hodnota entalpie roztoku bude samozrejme závisieť od koncentrácie konečného roztoku.

aplikácia

Mnoho iónových zlúčenín je rozpustných v polárnych rozpúšťadlách, ako je napríklad voda. Bežne sa používajú roztoky soli (chlorid sodný) vo vode alebo soľanke. Teraz možno entalpiu riešenia považovať za príspevok dvoch energií:

- Jeden na prerušenie väzieb solut-solut a rozpúšťadlo-rozpúšťadlo

- Druhou je požiadavka na vytvorenie nových väzieb medzi rozpúšťadlom a rozpúšťadlom.

V prípade rozpúšťania iónovej soli vo vode je potrebné poznať takzvanú retikulárnu entalpiu tuhej látky a entalpiu hydratácie, aby vznikol roztok, v prípade vody. Ak to nie je voda, nazýva sa to entalpia solvatácie.

Mriežková entalpia je energia potrebná na rozpad iónovej siete a tvorí plynné ióny, čo je proces, ktorý je vždy endotermický, pretože energia sa musí dodávať do tuhej látky, aby sa rozdelila na jej základné ióny a priviedla ich do plynného stavu.

Naproti tomu hydratačné procesy sú vždy exotermické, pretože hydratované ióny sú v plynnom stave stabilnejšie ako ióny.

Týmto spôsobom môže byť vytvorenie roztoku exotermické alebo endotermické v závislosti od toho, či rozpad iónovej mriežky rozpustenej látky vyžaduje viac alebo menej energie, ako poskytuje hydratácia.

Merania pomocou kalorimetra

V praxi je možné merať AH v kalorimetri, ktorý v podstate pozostáva z izolovanej nádoby vybavenej teplomerom a miešadlom.

Pokiaľ ide o nádobu, voda sa do nej takmer vždy nalieva, čo je kalorimetrická kvapalina par excellence, pretože jej vlastnosti sú univerzálnou referenciou pre všetky kvapaliny.

Starý kalorimeter používaný Lavoisierom. Zdroj: Gustavocarra.

Materiály kalorimetra sa samozrejme okrem vody podieľajú aj na výmene tepla. Ale tepelná kapacita celej zostavy, nazývaná kalorimetrická konštanta, sa dá určiť oddelene od reakcie a potom sa môže zohľadniť, keď k nej dôjde.

Energetická bilancia je nasledovná, pripomínajúc podmienku, že v systéme nedochádza k únikom energie:

- Vzniká tekutá voda:

½ O ₂ + a pol H ₂ → H ₂ O _kvapalina ; Δ H ^o = -285,9 kJ / mol

- Teraz musíte vytvoriť riešenie:

_Pevné K + H ₂ O → pol H ₂ + _vodný KOH ; Δ H ^o = -2011 kJ / mol

Všimnite si, že znamenie entalpie rozpadu KOH bolo obrátené, čo je dôsledkom Hessovho zákona: keď sa reaktanty premieňajú na produkty, zmena entalpie nezávisí od nasledujúcich krokov a keď je potrebné prevrátiť rovnicu. , ako v tomto prípade, entalpia zmení znamenie.

Energetická bilancia je algebraický súčet entalpií:

- Cvičenie 2

Enalpia roztoku pre ďalšiu reakciu sa stanoví v kalorimetri s konštantným tlakom a je známe, že kalorimetrická konštanta je 342,5 J / K. Keď sa 1,423 g síranu sodného Na ₂ SO _{4 sa} rozpustí v 100.34 g vody, zmena teploty 0,037 K. Výpočet štandardnej entalpie roztoku Na ₂ SO ₄ z týchto dát.

Riešenie

Štandardná entalpia roztoku sa rieši z rovnice uvedenej vyššie:

Pre síran sodný: M _s = 142,04 g / mol; M _s = 1,423 g

A pre vodu: m _voda = 100,34 g; M _voda = 18,02 g / mol; C _{voda, m} = 75,291 J / K mol

AT = 0,037 K

C _kalorimeter = 342,5 J / K

Referencie

Cengel, Y. 2012. Termodynamika. 7. vydanie Mc.Graw Hill. 782 - 790
Engel, T. 2007. Úvod do fyzikálnochemie: termodynamika. Pearson Education. 63-78.
Giancoli, D. 2006. Fyzika: Princípy s aplikáciami. 6. ed. Ed Prentice Hall. 384-391.
Maron, S. 2002. Základy fyzikálnochemie. Limusa. 152-155.
Serway, R., Jewett, J. (2008). Fyzika pre vedu a techniku. Zväzok 1. 7.. Ed. Cengage Learning. 553-567.

TEPLO RIEŠENIA: AKO SA POČÍTA, APLIKÁCIE A CVIČENIA - FYZICKÝ - 2024