In alle chemiese reaksies kan hitte uit die omgewing ontvang word of in die omgewing vrygestel word. Die uitruil van hitte tussen 'n chemiese reaksie en sy omgewing staan bekend as die entalpie van die reaksie, of H. H kan egter nie direk gemeet word nie - in plaas daarvan gebruik wetenskaplikes die temperatuurverandering van 'n reaksie oor tyd om die verandering in entalpie te vind met verloop van tyd (geskryf as H). Met H kan 'n wetenskaplike bepaal of 'n reaksie hitte afgee (of 'eksotermies' is) of hitte ontvang (of 'endotermies' is). Oor die algemeen, H = m x s x T, waar m die massa van die reaktante is, s is die spesifieke hitte van die produkte, en T is die verandering in temperatuur in die reaksie.
Stap
Metode 1 van 3: Die oplossing van entalpieprobleme
Stap 1. Bepaal die reaksie van u produkte en reaktante
Enige chemiese reaksie behels twee chemiese kategorieë - produkte en reaktante. Produkte is chemiese stowwe wat uit reaksies voortspruit, terwyl reaktante chemiese stowwe is wat kombineer of verdeel om produkte te produseer. Met ander woorde, die reaktante van 'n reaksie is soos die bestanddele van 'n voedselresep, terwyl die produkte die voltooide voedsel is. Om die H van 'n reaksie te vind, identifiseer eers die produkte en reaktante.
Sê byvoorbeeld dat ons die entalpie van die reaksie vir die vorming van water uit waterstof en suurstof gaan vind: 2H2 (Waterstof) + O2 (Suurstof) → 2H2O (water). In hierdie vergelyking, H2 en O2 is die reaktant en H2O is 'n produk.
Stap 2. Bepaal die totale massa van die reaktante
Bepaal vervolgens die massa van u reaktante. As u nie die massa weet nie en dit nie op 'n wetenskaplike skaal kan weeg nie, kan u die molêre massa daarvan gebruik om die werklike massa daarvan te bepaal. Molmassa is 'n konstante wat gevind kan word in die gereelde periodieke tabel (vir enkele elemente) en ander chemiese bronne (vir molekules en verbindings). Vermenigvuldig net die molêre massa van elke reaktant met die aantal mol om die massa van die reaktante te vind.
-
In die watervoorbeeld is ons reaktante waterstof- en suurstofgasse, met 'n molmassa van 2 g en 32 g. Aangesien ons 2 mol waterstof gebruik (te oordeel na die koëffisiënt van 2 in H2) en 1 mol suurstof (te oordeel na die afwesigheid van koëffisiënte in O2), kan ons die totale massa van die reaktante soos volg bereken:
2 × (2g) + 1 × (32g) = 4g + 32g = 36g
Stap 3. Vind die spesifieke hitte van u produk
Vind vervolgens die spesifieke hitte van die produk wat u ontleed. Elke element of molekule het 'n spesifieke spesifieke hitte: hierdie waarde is 'n konstante en word gewoonlik aangetref in chemiese leerhulpbronne (byvoorbeeld in die tabel agter in 'n chemiehandboek). Daar is verskillende maniere om spesifieke hitte te bereken, maar vir die formule wat ons gebruik, gebruik ons die eenheid Joule/gram ° C.
- Let op: as u vergelyking meer as een produk bevat, moet u die entalpie bereken vir die reaksies van die elemente wat gebruik word om elke produk te produseer, en dit dan bymekaar te tel om die totale entalpie vir die reaksie te vind.
- In ons voorbeeld is water die finale produk, wat 'n spesifieke hitte van ongeveer. 4,2 joule/gram ° C.
Stap 4. Bepaal die temperatuurverskil nadat die reaksie plaasgevind het
Vervolgens vind ons T, die temperatuurverandering voor en na die reaksie. Trek die aanvanklike temperatuur van die reaksie (of T1) af van die finale temperatuur na die reaksie (of T2) om dit te bereken. Soos met die meeste chemiese werk word die Kelvin (K) temperatuur gebruik (alhoewel Celsius (C) dieselfde resultaat sal gee).
-
Gestel ons voorbeeld is dat die aanvanklike temperatuur van die reaksie 185K is, maar afkoel tot 95K wanneer die reaksie voltooi is. In hierdie probleem word T soos volg bereken:
T = T2 - T1 = 95K - 185K = - 90K
Stap 5. Gebruik die formule H = m x s x T om op te los
As u m, die massa van die reaktante, s, die spesifieke hitte van die produkte en T, die temperatuurverandering van die reaksie het, is u gereed om die entalpie van die reaksie te vind. Koppel u waardes in die formule H = m x s x T en vermenigvuldig om dit op te los. Jou antwoord is in energie -eenhede geskryf, naamlik Joules (J).
-
Vir ons voorbeeldprobleem is die entalpie van die reaksie:
H = (36g) × (4.2 JK-1 g-1) × (-90K) = - 13.608 J
Stap 6. Bepaal of u reaksie energie ontvang of verloor
Een van die mees algemene redes vir die berekening van H vir verskillende reaksies is om te bepaal of die reaksie eksotermies is (energie verloor en hitte vrystel) of endotermies (kry energie en absorbeer hitte). As die teken van u finale antwoord vir H positief is, dan is die reaksie endotermies. Intussen, as die teken negatief is, is die reaksie eksotermies. Hoe groter die getal, hoe groter is die ekso- of endotermiese reaksie. Wees versigtig met sterk eksotermiese reaksies - dit laat soms groot hoeveelhede energie vry, wat, as dit baie vinnig vrygestel word, 'n ontploffing kan veroorsaak.
In ons voorbeeld is die finale antwoord -13608J. Aangesien die teken negatief is, weet ons dat ons reaksie is eksotermies. Dit maak sin - H2 en O.2 is 'n gas, terwyl H2O, die produk, is 'n vloeistof. Die warm gas (in die vorm van stoom) moet energie aan die omgewing vrystel in die vorm van hitte, om dit af te koel om 'n vloeistof te vorm, dit wil sê die reaksie om H te vorm2O is eksotermies.
Metode 2 van 3: Skatting van die entalpiegrootte
Stap 1. Gebruik bindingsenergieë om die entalpie te skat
Byna alle chemiese reaksies behels die vorming of verbreking van bindings tussen atome. Aangesien energie in chemiese reaksies nie vernietig of geskep kan word nie, as ons die hoeveelheid energie benodig wat nodig is om bindings in 'n reaksie te vorm of te breek, kan ons die entalpieverandering vir die algehele reaksie met 'n hoë akkuraatheid bepaal deur hierdie binding op te tel energieë.
-
Byvoorbeeld, die reaksie gebruik H2 + F2 → 2HF. In hierdie vergelyking is die energie wat nodig is om die H -atome in die H. -molekule af te breek2 436 kJ/mol is, terwyl die energie benodig vir F2 is 158 kJ/mol. Laastens is die energie wat benodig word om HF uit H en F te vorm = -568 kJ/mol. Ons vermenigvuldig met 2 omdat die produk in die vergelyking 2 HF is, dus 2 × -568 = -1136 kJ/mol. As ons almal bymekaar voeg, kry ons:
436 + 158 + -1136 = - 542 kJ/mol.
Stap 2. Gebruik die entalpie van formasie om die entalpie te skat
Die vormingsentalpie is 'n stel waardes H wat die entalpieverandering van 'n reaksie verteenwoordig om 'n chemiese stof te produseer. As u die vormingsentalpie ken wat nodig is om die produkte en reaktante in die vergelyking te produseer, kan u dit optel om die entalpie te skat, soos die bindingsenergieë hierbo beskryf.
-
Byvoorbeeld, die vergelyking wat C gebruik word2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O. In hierdie vergelyking weet ons dat die vormingsentalpie vir die volgende reaksie:
C2H5OH → 2C + 3H2 +0,5O2 = 228 kJ/mol
2C + 2O2 → 2CO2 = -394 × 2 = -788 kJ/mol
3H2 +1,5 O2 → 3H2O = -286 × 3 = -858 kJ/mol
Aangesien ons hierdie vergelykings kan som om C te kry2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O, uit die reaksie wat ons probeer om die entalpie te vind, hoef ons slegs die entalpie van die reaksievorming hierbo by te voeg om die entalpie van hierdie reaksie soos volg te vind:
228 + -788 + -858 = - 1418 kJ/mol.
Stap 3. Moenie vergeet om die teken te verander wanneer u die vergelyking omkeer nie
Dit is belangrik om daarop te let dat wanneer u die formasie -entalpie gebruik om die entalpie van 'n reaksie te bereken, u die teken van die formasie -entalpie moet verander wanneer u die vergelyking vir die reaksie van die elemente omkeer. Met ander woorde, as u een of meer van u vergelykings omkeer vir die vorming van 'n reaksie sodat die produkte en reaktante mekaar kanselleer, verander die teken van die entalpie van die vormingsreaksie wat u omruil.
Let op in die voorbeeld hierbo dat die vormingsreaksie wat ons vir C gebruik het2H5OH onderstebo. C2H5OH → 2C + 3H2 +0,5O2 wys C2H5OH is gesplete, nie gevorm nie. Aangesien ons hierdie vergelyking omgekeer het sodat die produkte en reaktante mekaar uitskakel, het ons die teken van die vormingsentalpie verander na 228 kJ/mol. Trouens, die entalpie van vorming vir C2H5OH is -228 kJ/mol.
Metode 3 van 3: Waarneming van die entalpieverandering in eksperimente
Stap 1. Neem 'n skoon houer en vul dit met water
Dit is maklik om die beginsel van entalpie te sien met 'n eenvoudige eksperiment. Om te verseker dat u eksperimentele reaksie nie met eksterne stowwe besmet is nie, moet u die houers wat u wil gebruik, skoonmaak en steriliseer. Wetenskaplikes gebruik spesiale verseëlde houers wat kalorimeters genoem word om entalpie te meet, maar u kan goeie resultate behaal met enige glas of klein proefbuis. Watter houer jy ook al gebruik, vul dit met skoon water by kamertemperatuur. U moet ook eksperimenteer in 'n kamer met 'n koue temperatuur.
Vir hierdie eksperiment benodig u 'n redelik klein houer. Ons sal die effek van die entalpieverandering van Alka-Seltzer op water ondersoek, dus hoe minder water u gebruik, hoe duideliker sal die temperatuurverandering wees
Stap 2. Steek die termometer in die houer
Neem 'n termometer en sit dit in die houer sodat die punt van die termometer onder die water is. Lees die temperatuur van die water - vir ons doeleindes word die temperatuur van die water aangedui met T1, die aanvanklike temperatuur van die reaksie.
Gestel ons meet die temperatuur van water en die resultaat is 10 grade C. In 'n paar stappe sal ons hierdie temperatuurmetings gebruik om die beginsel van entalpie te bewys
Stap 3. Voeg een Alka-Seltzer in die houer
As u gereed is om met die eksperiment te begin, gooi 'n Alka-Seltzer in die water. U sal onmiddellik sien dat die korrel borrel en sis. As die krale in water oplos, breek dit af in die chemiese bikarbonaat (HCO.).3-) en sitroensuur (wat reageer in die vorm van waterstofione, H+). Hierdie chemikalieë reageer om water en koolstofdioksiedgas in die vergelyking 3HCO te vorm3− + 3H+ → 3H2O + 3CO2.
Stap 4. Meet die temperatuur wanneer die reaksie voltooi is
Kyk hoe die reaksie verloop - die Alka -Seltzer korrels sal stadig oplos. Sodra die korrelreaksie eindig (of vertraag het), meet die temperatuur weer. Die water moet kouer wees as voorheen. As dit warmer is, kan die eksperiment deur eksterne kragte beïnvloed word (byvoorbeeld, as die kamer waarin u woon, warm is).
Kom ons sê vir ons eksperimentele voorbeeld dat die temperatuur van die water 8 grade C is nadat die korrels ophou gis
Stap 5. Skat die entalpie van die reaksie
In 'n ideale eksperiment, as u 'n Alka-Seltzer-korrel in water laat val, vorm dit water en koolstofdioksiedgas (die gas kan waargeneem word as 'n sissende borrel) en veroorsaak dat die temperatuur van die water daal. Uit hierdie inligting vermoed ons dat die reaksie endotermies is - dit wil sê, dit absorbeer energie uit die omliggende omgewing. Die opgeloste vloeibare reaktante benodig ekstra energie om 'n gasvormige produk te produseer, sodat hulle energie absorbeer in die vorm van hitte uit die omgewing (in hierdie eksperiment, water). Dit laat die watertemperatuur daal.
