ما هو المحتوى الحراري؟

Enthalpy هو مقياس كمية الطاقة الموجودة في الجسم (النظام) الذي يحتوي على حجم ، ويوجد تحت الضغط ويمكن تبديله مع بيئته. ويمثلها الحرف H. الوحدة المادية المرتبطة به هي يوليو (J = kgm2 / s2).

رياضيا يمكن التعبير عنها على النحو التالي:

H = U + PV

حيث:

ع = الانثالبي

U = الطاقة الداخلية للنظام

P = الضغط

الخامس = حجم

إذا كان كل من U و P و V هما من وظائف الحالة ، فستكون H أيضًا. هذا لأنه في لحظة معينة ، يمكن إعطاء الشروط النهائية والأولي للمتغير الذي سيتم دراسته في النظام.

ما هو المحتوى الحراري للتكوين؟

هي الحرارة التي يمتصها أو يطلقها نظام عندما يتم إنتاج 1 مول من منتج ما من عناصره في حالته الطبيعية للتجميع ؛ صلبة ، سائلة ، غازية ، ذوبان أو في حالتها الأكثر تآكلاً.

حالة الجرافيت الأكثر استقرارًا هي الجرافيت ، بالإضافة إلى كونه في ظروف ضغط طبيعية 1 جو ودرجة حرارة 25 درجة مئوية.

يشار إليه على أنه fH ° f. بهذه الطريقة:

°H ° f = final H - H الأولي

Δ: حرف يوناني يرمز إلى التغيير أو التغير في طاقة الحالة النهائية والحالة الأولية. الحرف المنخفض f ، يعني تكوين المركب وشروط العلوية أو القياسية.

مثال

النظر في رد فعل تشكيل الماء السائل

H2 (g) + ½ O2 (g) H2O (l) ΔH ° f = -285.84 kJ / mol

الكواشف : الهيدروجين والأكسجين ، حالته الطبيعية غازية.

المنتج : 1 الخلد من الماء السائل.

تجدر الإشارة إلى أن المحتوى الحراري للتكوين وفقًا للتعريف يخص 1 مول من المركب المنتج ، لذلك يجب ضبط التفاعل إذا أمكن باستخدام معاملات كسرية ، كما هو موضح في المثال السابق.

ردود الفعل الطاردة للحرارة والحرارة

في العملية الكيميائية ، يمكن أن يكون المحتوى الحراري للتكوين إيجابياً ΔHof> 0 إذا كان التفاعل ماصًا للحرارة ، مما يعني أنه يمتص الحرارة من المتوسط أو السلبي ΔHof <0 إذا كان التفاعل طارد للحرارة مع انبعاث حراري من النظام.

رد فعل طارد للحرارة

الكواشف لديها طاقة أكثر من المنتجات.

°H ° f <0

رد فعل للحرارة

الكواشف لديها طاقة أقل من المنتجات.

°H ° f> 0

لكتابة المعادلة الكيميائية بشكل صحيح ، يجب أن تكون متوازنة المولي. من أجل الامتثال "لقانون الحفاظ على المادة" ، يجب أن يحتوي أيضًا على معلومات عن الحالة المادية للكواشف والمنتجات ، والتي تعرف باسم حالة التجميع.

يجب أيضًا أن يؤخذ في الاعتبار أن المواد النقية لها محتوى حراري من التكوين من الصفر إلى الظروف القياسية وفي شكلها الأكثر استقرارًا.

في النظام الكيميائي حيث توجد المواد المتفاعلة والمنتجات ، لدينا أن المحتوى الحراري للتفاعل يساوي المحتوى الحراري للتكوين في ظل الظروف القياسية.

rH ° rxn = ΔH ° f

مع الأخذ في الاعتبار ما ورد أعلاه ، يتعين علينا:

rH ° rxn = pronproductos Hivectivos reanreactivos Hreactivos

بالنظر إلى رد الفعل الوهمي التالي

aA + bB cC

حيث a ، b ، c هي معاملات المعادلة الكيميائية المتوازنة.

التعبير عن رد فعل enthalpy هو:

Δ H ° rxn = c Δ H ° f C (a Δ H ° f A + b Δ H ° f B)

على افتراض أن: a = 2 mol ، b = 1 mol و c = 2 mol.

ΔH ° f (A) = 300 KJ / mol ، °H ° f (B) = -100 KJ / mol ، °H ° f (C) = -30 KJ. حساب Δ H ° rxn

° H ° rxn = 2mol (-30KJ / mol) - (2mol (300KJ / mol + 1mol (-100KJ / mol) = -60KJ - (600KJ - 100KJ) = -560KJ

Δ H ° rxn = -560KJ.

يتوافق بعد ذلك مع رد فعل طارد للحرارة.

قيم Enthalpy لتكوين بعض المركبات الكيميائية غير العضوية والعضوية عند ضغط 25 درجة مئوية و 1 ضغط ATM

تمارين لحساب المحتوى الحراري

التمرين 1

أوجد المحتوى الحراري لتفاعل NO2 (g) وفقًا للتفاعل التالي:

2NO (g) + O2 (g) 2NO2 (g)

باستخدام المعادلة لرد الفعل enthalpy ، لدينا:

rH ° rxn = pronproductos Hivectivos reanreactivos Hreactivos

rH ° rxn = 2mol (°H ° f NO2) - (2mol ΔH ° f NO + 1mol ΔH ° f O2)

في الجدول في القسم السابق ، يمكننا أن نرى أن المحتوى الحراري للتكوين للأكسجين هو 0 KJ / mol ، لأن الأكسجين مركب نقي.

rH ° rxn = 2mol (33.18KJ / mol) - (2mol 90.25 KJ / mol + 1mol 0)

°H ° rxn = -114.14 KJ

هناك طريقة أخرى لحساب المحتوى الحراري للتفاعل في نظام كيميائي هي من خلال قانون الحصن ، الذي اقترحه الكيميائي السويسري جيرمان هنري هيس في عام 1840.

يقول القانون: "الطاقة الممتصة أو المنبعثة في عملية كيميائية تصبح فيها المواد المتفاعلة منتجات ، هي نفسها إذا تم تنفيذها في مرحلة واحدة أو في عدة".

التمرين 2

يمكن تنفيذ إضافة الهيدروجين إلى الأسيتيلين لتشكيل الإيثان في خطوة واحدة:

C2H2 (g) + 2H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° f = - 311.42 KJ / mol

أو يمكن أن يحدث أيضًا على مرحلتين:

C2H2 (g) + H2 (g) H2C = CH2 (g) ΔH ° f = - 174.47 KJ / mol

H2C = CH2 (g) + H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° f = - 136.95 KJ / mol

بإضافة كلا المعادلتين جبريًا لدينا:

C2H2 (g) + H2 (g) H2C = CH2 (g) ΔH ° f = - 174.47 KJ / mol

H2C = CH2 (g) + H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° f = - 136.95 KJ / mol

C2H2 (g) + 2H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° rxn = 311.42 KJ / mol

التمرين 3

(مأخوذة من quimitube.com تمرين 26. قانون هيس للديناميكا الحرارية)

احسب المحتوى الحراري من أكسدة الإيثانول ، لإعطاء حمض الخليك والماء كمنتجات ، مع العلم أنه في احتراق 10 غرامات من الإيثانول ، يتم إطلاق 300 كيلوجولت من الطاقة وفي احتراق 10 غرامات من حمض الأسيتيك ، يتم إطلاق 140 كيلو جول من الطاقة.

كما يتضح من بيان المشكلة ، تظهر البيانات العددية فقط ، لكن التفاعلات الكيميائية لا تظهر ، لذلك من الضروري كتابتها.

CH 3 CH 2 OH (l) + 3O 2 (g) 2CO 2 (g) + 3 H 2 O (l) ΔH 1 = -1380 KJ / mol.

يتم كتابة قيمة المحتوى الحراري السلبي لأن المشكلة تقول أن هناك إطلاق للطاقة. عليك أيضًا أن تفكر في أنها 10 غرامات من الإيثانول ، لذلك عليك حساب الطاقة لكل مول من الإيثانول. لهذا ، يتم ما يلي:

يتم البحث عن الوزن المولي للإيثانول (مجموع الأوزان الذرية) ، القيمة التي تساوي 46 جم / مول.

Δ H1 = -300 KJ (46 جم) الإيثانول = - 1380 KJ / mol

10 غ من الإيثانول 1 مول من الإيثانول

ويتم نفس الشيء بالنسبة لحمض الخليك:

CH 3 COOH (l) + 2O 2 (g) 2CO 2 (g) + 2 H 2 O (l) ΔH 2 = -840 KJ / mol

Δ H2 = -140 KJ (حمض الخليك 60 جم) = - 840 KJ / mol

10 غرام حمض الخليك 1 مول حمض الخليك.

في التفاعلات المذكورة أعلاه ، يتم وصف احتراق الإيثانول وحمض الخليك ، لذلك من الضروري كتابة صيغة المشكلة التي تتمثل في أكسدة الإيثانول إلى حمض الأسيتيك مع إنتاج الماء.

هذا هو رد الفعل الذي تطالب به المشكلة. انها متوازنة بالفعل.

CH 3 CH 2 OH (l) + O 2 (g) CH 3 COOH (l) + H 2 O (l) ΔH 3 =؟

تطبيق قانون هيس

للقيام بذلك ، نقوم بضرب المعادلات الديناميكية الحرارية بمعامل رقمي لجعلها جبرية ولتنظيم كل معادلة بشكل صحيح. يتم ذلك عندما لا يكون واحد أو أكثر من الكواشف على الجانب المقابل في المعادلة.

تبقى المعادلة الأولى كما هي لأن الإيثانول في جانب المواد المتفاعلة كما هو مبين في معادلة المشكلة.

المعادلة الثانية ضرورية لضربها في المعامل -1 بحيث يصبح حمض الخليك الذي يكون تفاعليًا المنتج

CH 3 CH 2 OH (l) + 3O 2 (g) 2CO 2 (g) + 3H 2 O (1) ΔH 1 = -1380 KJ / mol.

- CH 3 COOH (l) - 2O 2 (g) - 2CO 2 (g) - 2H 2 O (l) ΔH 2 = - (-840 KJ / mol)

CH 3 CH 3 OH + 3O 2 -2O 2 - CH 3 COOH 2CO 2 + 3H 2 O -2CO 2

-2H2O

يتم إضافتهم جبريًا وهذه هي النتيجة: المعادلة المطلوبة في المشكلة.

CH 3 CH 3 OH (l) + O 2 (g) CH 3 COOH (l) + H 2 O (l)

تحديد المحتوى الحراري للتفاعل.

بنفس الطريقة التي تضاعف بها كل تفاعل بالمعامل العددي ، يجب أيضًا مضاعفة قيمة المحتوى الحراري

3H3 = 1x ΔH1 -1xΔH2 = 1x (-1380) -1x (-840)

3H3 = -1380 + 840 = - 540 KJ / mol