Entalpi och kemiska reaktioner

7.3 entalpi och kemiska reaktioner

Nu när vi har visat hur energi, arbete och värme är relaterade är vi redo att överväga energiförändringar i kemiska reaktioner. Ett grundläggande begrepp är att varje kemisk reaktion sker med en samtidig energiförändring. Nu behöver vi lära oss hur man korrekt uttrycker dessa energiförändringar.

vår studie av gaser i kapitel 6 ” gaser ”och vår definition av arbete i avsnitt 7.2″ arbete och värme ” indikerar att förhållanden som tryck, volym och temperatur påverkar energiinnehållet i ett system. Vad vi behöver är en definition av energi som håller när några av dessa förhållanden specificeras (något som liknar vår definition av standardtemperatur och tryck i vår studie av gaser). Vi definierar entalpiförändringenvärmen av en process vid konstant tryck; betecknad USUKH. (UBR) som värmen i en process när trycket hålls konstant:

UCLH UCL qat konstant tryck

bokstaven H står för” entalpi”, en slags energi, medan UCL innebär en förändring i kvantiteten. Vi kommer alltid att vara intresserade av förändringen i H, snarare än det absoluta värdet av H själv.

När en kemisk reaktion inträffar är det en karakteristisk förändring i entalpi. Entalpiförändringen för en reaktion skrivs vanligtvis efter en balanserad kemisk ekvation och på samma linje. Till exempel, när två mol väte reagerar med en mol syre för att göra två mol vatten, är den karakteristiska entalpiförändringen 570 kJ. Vi skriver ekvationen som

2h2(g) + O2(g) 2H2O (GHz) 2H = -570 kj

en kemisk ekvation som innehåller en entalpiförändring kallas en termokemisk ekvationenkemisk ekvation som innehåller en entalpiförändring.. En termokemisk ekvation antas hänvisa till ekvationen i molära kvantiteter, vilket innebär att den måste tolkas i termer av mol, inte enskilda molekyler.

Du kanske har märkt att en kemisk reaktion kan vara positiv eller negativ. Numret antas vara positivt om det inte har något tecken; ett + tecken kan läggas till uttryckligen för att undvika förvirring. En kemisk reaktion som har en positiv UIH sägs vara endotermen kemisk reaktion som har en positiv förändring i entalpi., medan en kemisk reaktion som har en negativ AUDH sägs vara exotermen kemisk reaktion som har en negativ förändring i entalpi..

vad betyder det om en process är positiv? Det betyder att systemet där den kemiska reaktionen inträffar får energi. Om man betraktar energin i ett system som representerad som en höjd på en vertikal energiplott, kan entalpiförändringen som följer med reaktionen diagrammas som delvis (A) i Figur 7.3 ”Reaktionsenergi”: reaktanternas energi har viss energi, och systemet ökar sin energi när det går till produkter. Produkterna är högre i vertikal skala än reaktanterna. Endoterm innebär då att systemet får eller absorberar energi.

en motsatt situation existerar för en exoterm process, som visas i del (b) i Figur 7.3 ”Reaktionsenergi”. Om entalpiförändringen av en reaktion är negativ förlorar systemet energi, så produkterna har mindre energi än reaktanterna, och produkterna är lägre på den vertikala energiskalan än reaktanterna är. Exoterm innebär då att systemet förlorar eller avger energi.

hur mäts mätvärden för HCG experimentellt? I själva verket mäts inte AUDH; q mäts. Men mätningarna utförs under betingelser med konstant tryck, så att den uppmätta Q är lika med den uppmätta.

experimentellt mäts q genom att dra fördel av ekvationen

q = mc oguilt

vi förmäter massan av kemikalierna i ett system. Sedan låter vi den kemiska reaktionen inträffa och mäter temperaturförändringen (ACCRT) i systemet. Om vi känner till den specifika värmen hos materialen i systemet (vanligtvis gör vi) kan vi beräkna q. det värdet av q är numeriskt lika med processens process, som vi kan skala upp till en molär skala. Behållaren i vilken systemet ligger är vanligtvis isolerat, så någon energiförändring går till att ändra systemets temperatur snarare än att läcka ut från systemet. Behållaren kallas en kalorimeteren behållare som används för att mäta värmen av en kemisk reaktion., och processen att mäta förändringar i entalpi kallas kalorimetriprocessen att mäta entalpi förändras för kemiska reaktioner..

Antag till exempel att 4,0 g NaOH eller 0,10 mol NaOH löses för att göra 100,0 mL vattenlösning, medan 3,65 g HCl eller 0,10 mol HCl löses för att göra ytterligare 100,0 mL vattenlösning. De två lösningarna blandas i en isolerad kalorimeter, en termometer sätts in och kalorimetern täcks (se figur 7.4 ”kalorimetrar” för en exempelinställning). Termometern mäter temperaturförändringen när följande kemiska reaktion inträffar:

NaOH(aq) + HCl(aq) bisexuell NaCl(aq) + H2O (XHamster)

en observatör noterar att temperaturen ökar från 22,4 C till 29,1 C. förutsatt att lösningarnas värmekapacitet och densiteter är desamma som för rent vatten, har vi nu den information vi behöver för att bestämma entalpiförändringen av den kemiska reaktionen. Den totala mängden lösning är 200,0 mL och med en densitet av 1,00 g/mL har vi således 200,0 g lösning. Med hjälp av ekvationen för q ersätter vi våra experimentella mätningar och den specifika värmen av vatten (tabell 7.1 ”specifika värmer av olika ämnen”):

q=(200.0 g)(4.184 J G C. C)(6.7 C. C)

lösning för Q, vi får

q=5,600 J U. C. för reaktionen

värmen Q är lika med U. C. C. för reaktionen eftersom den kemiska reaktionen sker vid konstant tryck. Reaktionen avger emellertid denna mängd energi, så det faktiska tecknet på avsugningar är negativt:

USC = -5,600 J för reaktionen

Således har vi följande termokemiska ekvation för den kemiska reaktionen som inträffade i kalorimetern:

110 NaOH(aq)+110 HCl(aq) USC 110 NaCl(aq)+110 H2o(USC)USC=-5,600 J

de 1/10 koefficienterna är närvarande för att påminna oss om att vi började med en tiondel av en mol av varje reaktant, så vi gör en tiondel av en mol av varje produkt. Vanligtvis rapporterar vi dock termokemiska ekvationer i termer av mol, inte en tiondel av en mol. För att skala upp till molära kvantiteter måste vi multiplicera koefficienterna med 10. Men när vi gör det får vi 10 gånger så mycket energi. Vi har alltså

NaOH (aq) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H2O(ℓ) ΔH = -56,000 J

ΔH kan omvandlas till kJ-enheter, så vår sista termokemiska ekvationen

NaOH (aq) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H2O(ℓ) ΔH = -56 kJ

Vi har bara tagit vår experimentella data från kalorimetri och bestäms entalpi förändring av en kemisk reaktion. Liknande mätningar på andra kemiska reaktioner kan bestämma värdena för vilken kemisk reaktion som helst som du vill studera.