Was ist Enthalpie?

Die Enthalpie ist das Maß für die Menge an Energie, die in einem Körper (System) enthalten ist, ein Volumen aufweist, unter Druck steht und mit seiner Umgebung ausgetauscht werden kann. Es wird durch den Buchstaben H dargestellt. Die ihm zugeordnete physikalische Einheit ist der Juli (J = kgm2 / s2).

Mathematisch kann es wie folgt ausgedrückt werden:

H = U + PV

Wo:

H = Enthalpie

U = Interne Energie des Systems

P = Druck

V = Volumen

Wenn sowohl U als auch P und V Zustandsfunktionen sind, wird auch H sein. Dies liegt daran, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt End- und Anfangsbedingungen der Variablen, die im System untersucht werden sollen, angegeben werden können.

Was ist die Bildungsenthalpie?

Es ist die Wärme, die von einem System absorbiert oder abgegeben wird, wenn 1 Mol eines Stoffprodukts aus seinen Elementen in ihrem normalen Aggregatzustand erzeugt wird. fest, flüssig, gasförmig, in Lösung oder in seinem stabileren allotropen Zustand.

Der stabilste allotrope Zustand von Kohlenstoff ist Graphit, zusätzlich zu den Normaldruckbedingungen 1 Atmosphäre und 25 ° C Temperatur.

Es wird als ΔH ° f bezeichnet. Auf diese Weise:

ΔH ° f = endgültiges H - anfängliches H

Δ: Griechischer Buchstabe, der die Änderung oder Variation der Energie eines End- und eines Anfangszustands symbolisiert. Der Index f bedeutet die Bildung der Verbindung und der hochgestellten oder Standardbedingungen.

Beispiel

Berücksichtigung der Bildungsreaktion von flüssigem Wasser

H 2 (g) + 1/2 O 2 (g) H 2 O (1) & Dgr; H ° f = -285, 84 kJ / mol

Reagenzien : Wasserstoff und Sauerstoff, sein natürlicher Zustand ist gasförmig.

Produkt : 1 Mol flüssiges Wasser.

Es sollte beachtet werden, dass die Bildungsenthalpien gemäß der Definition für 1 Mol hergestellte Verbindung gelten, daher sollte die Reaktion, wie im vorherigen Beispiel zu sehen, wenn möglich mit fraktionierten Koeffizienten eingestellt werden.

Exotherme und endotherme Reaktionen

In einem chemischen Prozess kann die Bildungsenthalpie positiv ΔHof> 0 sein, wenn die Reaktion endotherm ist, was bedeutet, dass sie Wärme aus dem Medium absorbiert, oder negativ ΔHof <0, wenn die Reaktion exotherm ist und Wärme aus dem System austritt.

Exotherme Reaktion

Die Reagenzien haben mehr Energie als die Produkte.

ΔH ° f <0

Endotherme Reaktion

Die Reagenzien haben eine geringere Energie als die Produkte.

ΔH ° f> 0

Um eine chemische Gleichung korrekt zu schreiben, muss sie molar ausgeglichen sein. Um das "Gesetz zur Erhaltung der Materie" einzuhalten, muss es auch Informationen über den Aggregatzustand der Reagenzien und Produkte enthalten, der als Aggregatzustand bezeichnet wird.

Es ist auch zu berücksichtigen, dass Reinsubstanzen eine Bildungsenthalpie von null bis zu Standardbedingungen und in ihrer stabilsten Form aufweisen.

In einem chemischen System mit Reaktanten und Produkten ist die Reaktionsenthalpie gleich der Bildungsenthalpie unter Standardbedingungen.

ΔH ° rxn = ΔH ° f

Unter Berücksichtigung des oben Gesagten müssen wir:

ΔH ° rxn = Σnproductos Hivectivos Σnreactivos Hreactivos

Angesichts der folgenden fiktiven Reaktion

aA + bB cC

Dabei sind a, b, c die Koeffizienten der ausgeglichenen chemischen Gleichung.

Der Ausdruck für die Reaktionsenthalpie lautet:

ΔH ° rxn = c ΔH ° fC (a ΔH ° fA + b ΔH ° fB)

Angenommen, a = 2 mol, b = 1 mol und c = 2 mol.

ΔHºf (A) = 300 kJ / mol, ΔHºf (B) = -100 kJ / mol, ΔHºf (C) = -30 kJ. Berechnen Sie Δ H ° rxn

ΔHºrxn = 2 Mol (-30 kJ / Mol) - (2 Mol (300 kJ / Mol + 1 Mol (-100 kJ / Mol)) = -60 kJ - (600 kJ - 100 kJ) = -560 kJ

Δ H ° rxn = -560 kJ.

Entspricht dann einer exothermen Reaktion.

Enthalpiewerte für die Bildung einiger anorganischer und organischer chemischer Verbindungen bei 25 ° C und 1 atm Druck

Übungen zur Berechnung der Enthalpie

Übung 1

Bestimmen Sie die Reaktionsenthalpie von NO2 (g) gemäß der folgenden Reaktion:

2NO (g) + O 2 (g) 2NO 2 (g)

Unter Verwendung der Gleichung für die Reaktionsenthalpie haben wir:

ΔH ° rxn = Σnproductos Hivectivos Σnreactivos Hreactivos

ΔHºrxn = 2 Mol (ΔHºfNO & sub2;) - (2 Mol ΔHºfNO + 1 Mol ΔHºfO & sub2;)

In der Tabelle im vorherigen Abschnitt können wir sehen, dass die Bildungsenthalpie für Sauerstoff 0 KJ / mol beträgt, da Sauerstoff eine reine Verbindung ist.

ΔHºrxn = 2 mol (33, 18 kJ / mol) - (2 mol 90, 25 kJ / mol + 1 mol 0)

ΔH ° rxn = -114, 14 KJ

Eine andere Möglichkeit, die Reaktionsenthalpie in einem chemischen System zu berechnen, ist das von dem Schweizer Chemiker Germain Henri Hess im Jahr 1840 vorgeschlagene LAW OF HESS.

Das Gesetz sagt: "Die Energie, die in einem chemischen Prozess absorbiert oder abgegeben wird, in dem die Reaktanten zu Produkten werden, ist die gleiche, wenn sie in einer oder mehreren Stufen durchgeführt wird."

Übung 2

Die Addition von Wasserstoff an Acetylen zu Ethan kann in einem Schritt erfolgen:

C 2 H 2 (g) + 2 H 2 (g) H 3 CH 3 (g) & Dgr; H ° f = –311, 42 KJ / mol

Oder es kann auch in zwei Schritten erfolgen:

C 2 H 2 (g) + H 2 (g) H 2 C = CH 2 (g) & Dgr; H ° f = –174, 47 KJ / mol

H 2 C = CH 2 (g) + H 2 (g) H 3 CH 3 (g) & Dgr; H ° f = –136, 95 KJ / mol

Indem wir beide Gleichungen algebraisch addieren, haben wir:

C 2 H 2 (g) + H 2 (g) H 2 C = CH 2 (g) & Dgr; H ° f = –174, 47 KJ / mol

H 2 C = CH 2 (g) + H 2 (g) H 3 CH 3 (g) & Dgr; H ° f = –136, 95 KJ / mol

C 2 H 2 (g) + 2 H 2 (g) H 3 CH 3 (g) & Dgr; H ° r × n = 311, 42 KJ / mol

Übung 3

(Entnommen aus quimitube.com Aufgabe 26. Thermodynamik Hesssches Gesetz)

Berechnen Sie die Oxidationsenthalpie von Ethanol, um Essigsäure und Wasser als Produkte zu erhalten, wobei Sie wissen, dass bei der Verbrennung von 10 g Ethanol 300 kJ Energie freigesetzt werden und bei der Verbrennung von 10 g Essigsäure 140 kJ Energie freigesetzt werden.

Wie aus der Beschreibung des Problems hervorgeht, treten nur numerische Daten auf, chemische Reaktionen treten jedoch nicht auf, weshalb sie aufgeschrieben werden müssen.

CH 3 CH 2 OH (1) + 3 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 3 H 2 O (1) & Dgr; H 1 = –1380 KJ / mol.

Der Wert der negativen Enthalpie wird geschrieben, weil das Problem besagt, dass Energie freigesetzt wird. Sie müssen auch berücksichtigen, dass es sich um 10 Gramm Ethanol handelt, also müssen Sie die Energie für jedes Mol Ethanol berechnen. Dazu wird folgendes gemacht:

Gesucht wird das Molgewicht des Ethanols (Summe der Atomgewichte), Wert gleich 46 g / mol.

ΔH1 = -300 kJ (46 g) Ethanol = -1380 kJ / mol

10 g Ethanol 1 Mol Ethanol

Gleiches gilt für Essigsäure:

CH 3 COOH (1) + 2 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 2 H 2 O (1) & Dgr; H 2 = –840 KJ / mol

Δ H2 = -140 KJ (60 g Essigsäure) = -840 KJ / mol

10 g Essigsäure 1 mol Essigsäure.

In den obigen Reaktionen werden die Verbrennungen von Ethanol und Essigsäure beschrieben, so dass es notwendig ist, die Problemformel zu schreiben, die die Oxidation von Ethanol zu Essigsäure mit Wasserproduktion ist.

Dies ist die Reaktion, nach der das Problem fragt. Es ist bereits ausgeglichen.

CH & sub3; CH & sub2; OH (1) + O & sub2; (g) CH & sub3; COOH (1) + H & sub2; O (1) ΔH & sub3; = & delta;

Anwendung des Hessschen Gesetzes

Dazu multiplizieren wir die thermodynamischen Gleichungen mit dem numerischen Koeffizienten, um sie algebraisch zu machen und jede Gleichung korrekt zu organisieren. Dies geschieht, wenn sich ein oder mehrere Reagenzien in der Gleichung nicht auf der entsprechenden Seite befinden.

Die erste Gleichung bleibt dieselbe, da sich das Ethanol auf der Seite der Reaktanten befindet, wie durch die Problemgleichung angegeben.

Die zweite Gleichung ist notwendig, um sie mit dem Koeffizienten -1 so zu multiplizieren, dass aus der ebenso reaktiven Essigsäure das Produkt werden kann

CH 3 CH 2 OH (1) + 3 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 3 H 2 O (1) & Dgr; H 1 = –1380 KJ / mol.

- CH 3 COOH (1) - 2O 2 (g) - 2CO 2 (g) - 2H 2 O (1) & Dgr; H 2 = - (-840 KJ / mol)

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

-2H2O

Sie werden algebraisch addiert, und dies ist das Ergebnis: die im Problem angeforderte Gleichung.

CH 3 CH 3 OH (1) + O 2 (g) CH 3 COOH (1) + H 2 O (1)

Bestimmen Sie die Enthalpie der Reaktion.

Ebenso wie bei jeder Reaktion, die mit dem numerischen Koeffizienten multipliziert wird, muss auch der Wert der Enthalpien multipliziert werden

ΔH3 = 1x ΔH1 -1xΔH2 = 1x (-1380) -1x (-840)

ΔH3 = -1380 + 840 = -540 KJ / mol

ΔH3 = -540 KJ / mol.

In der vorherigen Übung hat Ethanol zwei Reaktionen: Verbrennung und Oxidation.