ما هو المحتوى الحراري؟

ال entalpia 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.

مؤشر

• 1 ما هو المحتوى من التدريب؟?
  • 1.1 مثال
  • 1.2 ردود الفعل الطاردة للحرارة والحرارة
• 2 تمارين لحساب المحتوى الحراري
  • 2.1 التمرين 1
  • 2.2 التمرين 2
  • 2.3 التمرين 3
• 3 المراجع

ما هو المحتوى من التدريب؟?

هي الحرارة التي يمتصها أو يطلقها نظام عندما ينتج 1 مول من منتج مادة ما من عناصره في حالته الطبيعية للتجميع ؛ صلبة ، سائلة ، غازية ، انحلال 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

letter: حرف يوناني يرمز إلى التغيير أو التباين 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.

نتاج: 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 عملية كيميائية ، يمكن أن يكون المحتوى الحراري للتكوين إيجابياً <0> إذا كان التفاعل ماصًا للحرارة ، مما يعني أنه يمتص الحرارة من المتوسط ​​أو السلبي.<0 si la reacción es exotérmica con emisión de calor desde el sistema.

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 حفظ 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.

ΔH ° 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:

rH ° rxn = c ΔH ° f C (a ΔH ° f A + b ΔH ° 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 °H ° rxn

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

°H ° rxn = -560KJ.

يتوافق بعد ذلك مع رد فعل طارد للحرارة.

قيم Enthalpy لتشكيل بعض المركبات الكيميائية العضوية وغير العضوية 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

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

يقول القانون: "الطاقة الممتصة أو المنبعثة في عملية كيميائية تصبح فيها المواد المتفاعلة ، 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

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

حساب أكسدة المحتوى الحراري من الإيثانول ، لإعطاء حمض الخليك والمنتجات المائية ، مع العلم أنه في احتراق 10 غرامات من الإيثانول 300 KJ من الطاقة يتم إطلاقها وفي احتراق 10 غراما من حمض الأسيتيك يتم إطلاق 140 كيلو جول من الطاقة.

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

CH3CH2OH (l) + 3O2 (g) 2CO2 (g) +3 H2O (l) ΔH1 = -1380 KJ / mol.

تتم 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.

ΔH1 = -300 KJ (46 جم) الإيثانول = - 1380 KJ / mol

10 غ من الإيثانول 1 مول من الإيثانول

ويتم نفس الشيء بالنسبة لحمض الخليك:

CH3COOH (l) + 2O2 (g) 2CO2 (g) + 2 H2O (l) ΔH2 = -840 KJ / mol

ΔH2 = -140 KJ (60 غ من حمض الخليك) = - 840 KJ / mol

10 غرام حمض الخليك 1 مول حمض الخليك.

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

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

CH3CH2OH (l) + O2 (g) CH3COOH (l) + H2O (l) ΔH3 = ?

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 عدة كواشف على الجانب المقابل في المعادلة.

تبقى المعادلة الأولى كما هي لأن الإيثانول موجود على جانب المواد المتفاعلة كما هو محدد في معادلة المشكلة.

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

CH3CH2OH (l) + 3O2 (g) 2CO2 (g) + 3H2O (l) ΔH1 = -1380 KJ / mol.

- CH3COOH (l) - 2O2 (g) - 2CO2 (g) - 2H2O (l) ΔH2 = - (-840 KJ / mol)

CH3CH3OH + 3O2 -2O2 - CH3COOH 2CO2 + 3H2O -2CO2

-2H2O

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

CH3CH3OH (l) + O2 (g) CH3COOH (l) + H2O (l)

تحديد المحتوى الحراري للتفاعل.

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

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

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

ΔH3 = - 540 KJ / mol.

في التمرين السابق ، يقدم الإيثانول تفاعلين هما الاحتراق والأكسدة.

في كل تفاعل احتراق يكون هناك تكوين لثاني أكسيد الكربون و H2O ، بينما في أكسدة الكحول الأولي مثل الإيثانول يكون هناك تكوين حمض الأسيتيك

مراجع

1. سيدرون ، خوان كارلوس ، فيكتوريا لاندا ، خوانا روبليس (2011). كيمياء عامة مواد التدريس ليما: جامعة بونتيفيكيا كاتوليكا ديل بيرو.
2. الكيمياء. Libretexts. الكيمياء الحرارية. مأخوذة من hem.libretexts.org.
3. ليفين ، الكيمياء الفيزيائية. VOL.2.