ENTALPIA REAKCIE: DEFINÍCIA, TERMOCHÉMIA, CVIČENIA - FYZICKÝ - 2025

Entalpie reakcie je termodynamický funkcia, ktorá umožňuje výpočet teplo získané alebo dodávané v chemickej reakcii, za predpokladu, že táto reakcia došlo pri konštantnom tlaku. Definuje sa ako vnútorná energia U plus súčin tlaku P a objemu V látok, ktoré sa zúčastňujú chemickej reakcie, nasledovne: H = U + P ∙ V

Preto entalpia má rozmery energie a v medzinárodnom systéme merania sa meria v Jouloch. Na pochopenie vzťahu entalpie s teplom vymieňaným pri chemickej reakcii je potrebné pamätať na prvý zákon termodynamiky, ktorý uvádza toto: Q = ΔU + W

Obrázok 1. Pri spaľovaní plynu entalpia klesá. Zdroj: pixabay

Prvý zákon uvádza, že teplo vymieňané termodynamickým procesom je rovnaké ako zmena vnútornej energie látok zahrnutých do procesu plus práca vykonaná týmito látkami v procese.

V každom procese sa práca W počíta podľa nasledujúceho vzťahu:

Vo vyššie uvedenom výraze Vi je počiatočný objem, Vf konečný objem a P tlak. Ak sa proces uskutočňuje pri konštantnom tlaku P, výsledná práca bude:

Kde ΔV je zmena objemu.

definícia

Chemické reakcie sú termodynamické procesy, ktoré sa zvyčajne vyskytujú pri konštantnom tlaku a veľmi často pri atmosférickom tlaku. Tento typ termodynamického procesu sa nazýva „izobarický“, pretože sa vyskytuje pri konštantnom tlaku.

V tomto prípade možno prvý termodynamický zákon napísať takto:

Qp = ΔU + P ∙V

Kde Qp znamená, že teplo sa vymieňa pri konštantnom tlaku. Ak je v predchádzajúcom výraze zavedená definícia entalpie H = U + P ∙ V, dostaneme:

Qp = AH

Pozitívna zmena entalpie teda naznačuje reakciu, ktorá odoberala teplo z okolitého prostredia. Toto je endotermická reakcia.

Naopak, ak je zmena entalpie negatívna, ide o exotermickú reakciu.

V skutočnosti slovo entalpia pochádza z gréckeho slova enthalpien, čo znamená „zahriať“.

Entalpia sa tiež často nazýva teplo. Malo by však byť jasné, že to nie je to isté ako teplo, ale entalpia mení tepelná výmena počas termodynamického procesu.

Vzťah s teplom

Na rozdiel od tepla je entalpia funkciou štátu. Pri výpočte zmeny entalpie vypočítavate rozdiel dvoch funkcií, ktoré závisia výlučne od stavu systému, napríklad od vnútornej energie a objemu.

ΔH = ΔU + P ∙V

Pretože tlak zostáva pri reakcii konštantný, potom entalpia reakcie je funkciou štátu, ktorá závisí iba od vnútornej energie a objemu.

Pri chemickej reakcii možno entalpiu reaktantov definovať ako súčet entít každého z nich; a hodnota výrobkov ako súčet entalpie všetkých výrobkov.

Zmena entalpie v reakcii je rozdiel produktov mínus reakčných zložiek:

Obrázok 2. Enthalpy diagram. Zdroj: vlastný.

V endotermickej reakcii je entalpia produktov vyššia ako entalpia reakčných zložiek; to znamená, že reakcia odoberá teplo z prostredia. Naopak, pri exotermickej reakcii je entalpia reaktantov vyššia ako entalpia produktov, pretože táto reakcia odovzdáva teplo okolitému prostrediu.

Štandardná entalpia

Pretože zmena entalpie v chemickej reakcii môže závisieť od tlaku a teploty, je obvyklé definovať štandardné reakčné podmienky:

Štandardná reakčná teplota: 25 ° C.

Štandardný reakčný tlak: 1 atm = 1 bar.

Štandardná entalpia sa označuje takto: H °

termochémia

V termochemickej rovnici nezáleží len na reaktantoch a produktoch, na entalpickej zmene tiež záleží. Entalpiou sa rozumie reakcia na zmenu, ku ktorej došlo.

Napríklad sa pozrime na nasledujúce reakcie:

2 H2 (plyn) + O2 (plyn) → 2 H2O (kvapalina); AH ° = -571,6 kJ (exotermický).

H2 (plyn) + (1) O2 (plyn) → H2O (kvapalina); AH ° = -285,8 kJ (exotermický).

2 H2O (kvapalina) → 2 H2 (plyn) + O2 (plyn); AH ° = + 571,6 kJ (endotermický).

Entalpia je rozsiahla termodynamická veličina

Ak sú termíny chemickej rovnice vynásobené alebo delené určitým faktorom, potom sa entalpia vynásobí alebo delí rovnakou hodnotou.

Ak je reakcia opačná, potom sa obráti aj znamenie reakčnej entalpie.

Riešené cvičenia

- Cvičenie 1

Acetylénový plyn C2H2 sa získava reakciou karbidu vápenatého CaC2, ktorý prichádza v granulovanej forme s vodou pri teplote a tlaku okolia.

Ako údaje máme entalpie tvorby reaktantov:

AH ° (CaC2) = -59,0 kJ / mol

AH ° (H20) = -285,8 kJ / mol

A entalpia tvorby výrobkov:

AH ° (C2H2) = + 227,0 kJ / mol

AH ° (Ca (OH) 2) = -986,0 kJ / mol

Nájdite štandardnú entropiu reakcie.

Riešenie

Prvá vec je zvýšiť vyváženú chemickú rovnicu:

CaC2 (s) + 2H20 (l) → Ca (OH) 2 (s) + C2H2 (g)

A teraz entalpie reaktantov, produktov a reakcie:

- Činidlá: -59,0 kJ / mol -2 ∙ 285,8 kJ / mol = -630,6 kJ / mol

- Produkty: -986,0 kJ / mol + 227,0 kJ / mol = -759 kJ / mol

- Reakcia: AH ° = -759 kJ / mol - (-630 kJ / mol) = -129 kJ / mol

Je to exotermická reakcia.

- Cvičenie 2

Koľko tepla sa pri štandardných podmienkach spáli 1 liter acetylénu?

Riešenie

Po vyvážení vyzerá reakcia spaľovania acetylénu takto:

C2H2 (g) + (5/2) O2 (g) → 2 CO2 (g) + H20 (l)

Potrebujeme entalpie tvorby produktov:

AH ° (C02) = -393,5 kJ / mol

AH ° (H20 (1)) = -285,8 kJ / mol

Výpočet entalpií

Na základe týchto údajov môžeme vypočítať entalpiu produktov:

AH ° (produkty) = 2 * (- 393,5 kJ / mol) + (-285,8 kJ / mol) = -1072,8 kJ / mol

A entalpia tvorby reaktantov:

AH ° (C2H2) = 227,0 kJ / mol

AH ° (O2) = 0,0 kJ / mol

Entalpiou reaktantov bude:

227,0 kJ / mol + (5/2) * 0,0 = 227,0 kJ / mol

Molárna reakčná entalpia potom bude: AH ° (produkty) - AH ° (reaktanty) = -1072,8 kJ / mol - 227,0 kJ / mol = -1299,8 kJ / mol

Entalpia horenia

Teraz musíme vedieť, koľko mólov acetylénu je za štandardných podmienok liter acetylénu. Na to použijeme rovnicu stavu ideálneho plynu, z ktorého vyriešime počet krtkov.

Počet mólov n = P * V / (R * T)

P = 1 atm = 1,013 x 10⁵ Pa

V = 1 l = 1,0 x 10 ^ -3 m³

R = 8,31 J / (mol * K)

T = 25 ° C = 298,15 K

n = 0,041 mol

Entalpia spaľovania 1 liter acetylénu je 0,041 mol * (-1299,8 kJ / mol) = -53,13 kJ

Záporné znamenie naznačuje, že ide o exotermickú reakciu, ktorá uvoľňuje 53,13 kJ = 12,69 kcal.

Referencie

1. Gaštany E. Entalpia v chemických reakciách. Obnovené z: lidiaconlaquimica.wordpress.com
2. Termochémia. Entalpia reakcie. Získané z: recursostic.educacion.es
3. Termochémia. Definícia štandardnej reakčnej entalpie. Obnovené z: quimitube.com
4. Wikipedia. Štandardná entalpia reakcie. Obnovené z: wikipedia.com
5. Wikipedia. Entalpia formácie. Obnovené z: wikipedia.com