- Как рассчитывается?
- -Выражение энтальпии
- Энтальпия раствора
- Приложения
- Измерения калориметром
- -Упражнение 2.
- Решение
- Ссылки
Теплота растворения или энтальпии раствора тепло , которое поглощается или выделяется в процессе растворения определенного количества растворенного вещества в растворителе, при условии постоянного давления.
Когда происходит химическая реакция, энергия требуется как для образования, так и для разрыва связей, которые позволяют образовывать новые вещества. Энергия, которая течет для этих процессов, - это тепло, а термохимия - это отрасль науки, которая отвечает за их изучение.
Источник: Pixnio.
Что касается термина энтальпия, он используется для обозначения теплового потока, когда химические процессы происходят в условиях постоянного давления. Создание этого термина приписывают голландскому физику Хайке Камерлинг-Оннес (1853-1926), тому же самому открывшему сверхпроводимость.
Как рассчитывается?
Чтобы найти энтальпию, мы должны исходить из первого закона термодинамики, который считает, что изменение внутренней энергии ΔU системы происходит из-за поглощенного тепла Q и работы W, совершаемой над ней каким-либо внешним агентом:
Где работа - это отрицательный интеграл по всему объему произведения давления и перепада изменения объема. Это определение эквивалентно отрицательному интегралу скалярного произведения силы и вектора смещения в механической работе:
Когда применяется условие постоянного давления, упомянутое выше, P может выйти за пределы интеграла; поэтому работа такая:
-Выражение энтальпии
Если этот результат подставить в Δ U, получим:
Величина U + PV называется энтальпией H, так что:
Энтальпия измеряется в джоулях, поскольку это энергия.
Энтальпия раствора
Исходными компонентами раствора являются растворенное вещество и растворитель, и они имеют исходную энтальпию. Когда это растворение происходит, у него будет собственная энтальпия.
В этом случае изменение энтальпии в джоулях можно выразить как:
Либо в стандартной форме энтальпии ΔH o , где результат выражается в джоулях / моль.
Если реакция выделяет тепло, знак ΔH отрицательный (экзотермический процесс), если реакция поглощает тепло (эндотермический процесс), знак будет положительным. И, естественно, значение энтальпии раствора будет зависеть от концентрации конечного раствора.
Приложения
Многие ионные соединения растворимы в полярных растворителях, например в воде. Обычно используются растворы соли (хлорида натрия) в воде или рассоле. Теперь энтальпию раствора можно рассматривать как вклад двух энергий:
- Один для разрыва связей растворенное вещество-растворенное вещество и растворитель-растворитель
- Другой - это то, что требуется для образования новых связей растворенное вещество-растворитель.
В случае растворения ионной соли в воде необходимо знать так называемую энтальпию решетки твердого вещества и энтальпию гидратации с образованием раствора в случае воды. Если это не вода, то это называется энтальпией сольватации.
Энтальпия решетки - это энергия, необходимая для разрушения ионной сетки и образования газообразных ионов, процесса, который всегда является эндотермическим, так как энергия должна подводиться к твердому телу, чтобы разделить его на составляющие ионы и перевести их в газообразное состояние.
С другой стороны, процессы гидратации всегда экзотермичны, поскольку гидратированные ионы более стабильны, чем ионы в газообразном состоянии.
Таким образом, создание раствора может быть экзотермическим или эндотермическим, в зависимости от того, требует ли разрушение ионной решетки растворенного вещества больше или меньше энергии, чем обеспечивает гидратация.
Измерения калориметром
На практике можно измерить ΔH калориметром, который в основном состоит из изолированного контейнера, снабженного термометром и стержнем для перемешивания.
Что касается емкости, то в нее почти всегда наливается вода, которая является в первую очередь калориметрической жидкостью, поскольку ее свойства являются универсальным эталоном для всех жидкостей.
Старый калориметр Лавуазье. Источник: Густавокарра.
Конечно, материалы калориметра также участвуют в теплообмене, помимо воды. Но теплоемкость всей сборки, называемая константой калориметра, может быть определена отдельно от реакции и затем учтена, когда она имеет место.
Энергетический баланс выглядит следующим образом с учетом того, что в системе нет утечек энергии:
- Жидкая вода образуется:
½ O 2 + ½ H 2 → H 2 O жидкость ; Δ H o = -285,9 кДж / моль
- Теперь вам нужно сформировать решение:
Твердый K + H 2 O → ½ H 2 + водный КОН ; Δ H o = -2011 кДж / моль
Обратите внимание, что знак энтальпии распада КОН был инвертирован, что связано с законом Гесса: когда реагенты превращаются в продукты, изменение энтальпии не зависит от выполняемых шагов и от того, когда уравнение необходимо инвертировать. , так как в этом случае энтальпия меняет знак.
Энергетический баланс - это алгебраическая сумма энтальпий:
-Упражнение 2.
Энтальпия раствора для следующей реакции определяется в калориметре постоянного давления, а постоянная калориметра, как известно, составляет 342,5 Дж / К. Когда 1,423 г сульфата натрия Na 2 SO 4 растворяется в 100,34 г воды, изменение температуры составляет 0,037 К. Рассчитайте стандартную энтальпию раствора для Na 2 SO 4 по этим данным.
Решение
Стандартная энтальпия раствора решается из уравнения, приведенного выше:
Для сульфата натрия: M s = 142,04 г / моль; m s = 1,423 г
А для воды: m воды = 100,34 г; М воды = 18,02 г / моль; C вода; m = 75,291 Дж / К моль
Δ Т = 0,037 К
Калориметр C = 342,5 Дж / К
Ссылки
- Ценгель, Ю. 2012. Термодинамика. 7-е изд., МакГроу Хилл. 782–790
- Энгель, Т. 2007. Введение в физико-химию: термодинамика. Pearson Education. 63-78.
- Джанколи, Д. 2006. Физика: принципы с приложениями. 6-е .. Эд Прентис Холл. 384-391.
- Марон, С. 2002. Основы физико-химии. Limusa. 152-155.
- Сервей, Р., Джуэтт, Дж. (2008). Физика для науки и техники. Том 1. 7-е. Под ред. Cengage Learning. 553-567.