Sa lahat ng mga reaksyong kemikal, ang init ay maaaring matanggap mula sa paligid o mailabas sa paligid. Ang palitan ng init sa pagitan ng isang reaksyong kemikal at ang kapaligiran ay kilala bilang entalpy ng reaksyon, o H. Gayunpaman, ang H ay hindi masusukat nang direkta - sa halip, ginagamit ng mga siyentista ang pagbabago sa temperatura ng isang reaksyon sa paglipas ng panahon upang makita ang pagbabago sa entalpy sa paglipas ng panahon (nakasulat bilang H). Sa H, maaaring matukoy ng isang siyentista kung ang isang reaksyon ay nagbibigay ng init (o "exothermic") o tumatanggap ng init (o "endothermic"). Sa pangkalahatan, H = m x s x T, kung saan ang m ang masa ng mga reactant, ang s ay tiyak na init ng mga produkto, at ang T ay ang pagbabago ng temperatura sa reaksyon.
Hakbang
Paraan 1 ng 3: Paglutas ng Mga Problema sa Enthalpy
Hakbang 1. Tukuyin ang reaksyon ng iyong mga produkto at reactant
Ang anumang reaksyon ng kemikal ay nagsasangkot ng dalawang kategorya ng kemikal - mga produkto at reactant. Ang mga produkto ay sangkap ng kemikal na nagreresulta mula sa mga reaksyon, habang ang mga reactant ay mga kemikal na sangkap na nagsasama o nahahati upang makabuo ng mga produkto. Sa madaling salita, ang mga reactant ng isang reaksyon ay tulad ng mga sangkap ng isang resipe ng pagkain, habang ang mga produkto ay ang natapos na pagkain. Upang mahanap ang H ng isang reaksyon, una, kilalanin ang mga produkto at reactant.
Halimbawa, sabihin na hahanapin natin ang entalpy ng reaksyon para sa pagbuo ng tubig mula sa hydrogen at oxygen: 2H2 (Hydrogen) + O2 (Oxygen) → 2H2O (Tubig). Sa equation na ito, H2 at O2 ang reactant at H2O ay isang produkto.
Hakbang 2. Tukuyin ang kabuuang masa ng mga reactant
Susunod, hanapin ang masa ng iyong mga reactant. Kung hindi mo alam ang dami nito at hindi mo ito timbangin sa isang sukatang pang-agham, maaari mong gamitin ang molar mass nito upang hanapin ang aktwal na masa. Ang molar mass ay isang pare-pareho na maaaring matagpuan sa regular na periodic table (para sa mga solong elemento) at iba pang mga mapagkukunan ng kemikal (para sa mga molekula at compound). Paramihin lamang ang molar mass ng bawat reactant sa bilang ng mga mole upang makahanap ng dami ng mga reactant.
-
Sa halimbawa ng tubig, ang aming mga reactant ay mga hydrogen at oxygen gas, na mayroong mga molar na masa na 2 g at 32 g. Dahil gumagamit kami ng 2 moles ng hydrogen (paghusga ng koepisyent ng 2 sa H2) at 1 taling ng oxygen (paghusga sa kawalan ng mga coefficients sa O2), maaari nating kalkulahin ang kabuuang masa ng mga reactant tulad ng sumusunod:
2 × (2g) + 1 × (32g) = 4g + 32g = 36g
Hakbang 3. Hanapin ang tiyak na init ng iyong produkto
Susunod, hanapin ang tukoy na init ng produktong iyong pinag-aaralan. Ang bawat elemento o Molekyul ay may isang tiyak na tiyak na tiyak na init: ang halagang ito ay isang pare-pareho at karaniwang matatagpuan sa mga mapagkukunan ng pagkatuto ng kimika (halimbawa, sa talahanayan sa likuran ng isang aklat sa chemistry). Mayroong iba't ibang mga paraan upang makalkula ang tiyak na init, ngunit para sa formula na ginagamit namin, ginagamit namin ang unit na Joule / gram ° C.
- Tandaan na kung ang iyong equation ay may maraming mga produkto, kakailanganin mong kalkulahin ang entalpy para sa mga reaksyon ng mga elementong ginamit upang makabuo ng bawat produkto, pagkatapos ay idagdag ang mga ito upang mahanap ang pangkalahatang entalpy para sa reaksyon.
- Sa aming halimbawa, ang pangwakas na produkto ay tubig, na mayroong isang tukoy na init na tinatayang. 4.2 joules / gramo ° C.
Hakbang 4. Hanapin ang pagkakaiba sa temperatura pagkatapos ng reaksyon
Susunod, mahahanap natin ang T, ang pagbabago ng temperatura bago at pagkatapos ng reaksyon. Ibawas ang paunang temperatura ng reaksyon (o T1) mula sa huling temperatura pagkatapos ng reaksyon (o T2) upang makalkula ito. Tulad ng karamihan sa gawaing kemikal, ginagamit ang temperatura ng Kelvin (K) (bagaman ang Celsius (C) ay magbibigay ng parehong resulta).
-
Para sa aming halimbawa, sabihin nating ang paunang temperatura ng reaksyon ay 185K ngunit lumamig sa 95K kapag kumpleto ang reaksyon. Sa problemang ito, kinakalkula ang T tulad ng sumusunod:
T = T2 - T1 = 95K - 185K = - 90K
Hakbang 5. Gamitin ang pormulang H = m x s x T upang malutas
Kung mayroon kang m, ang dami ng mga reactant, s, ang tiyak na init ng mga produkto, at T, ang pagbabago ng temperatura ng reaksyon, handa ka nang hanapin ang entalpy ng reaksyon. I-plug ang iyong mga halaga sa pormulang H = m x s x T at i-multiply upang malutas. Ang iyong sagot ay nakasulat sa mga yunit ng enerhiya, katulad ng Joules (J).
-
Para sa aming halimbawa ng problema, ang entalpy ng reaksyon ay:
H = (36g) × (4.2 JK-1 g-1) × (-90K) = - 13,608 J
Hakbang 6. Tukuyin kung ang iyong reaksyon ay tumatanggap o nawawalan ng enerhiya
Isa sa pinakakaraniwang mga kadahilanan para sa pagkalkula ng H para sa iba't ibang mga reaksyon ay upang matukoy kung ang reaksyon ay exothermic (nawawalan ng enerhiya at naglalabas ng init) o endothermic (nakakakuha ng enerhiya at sumisipsip ng init). Kung ang tanda ng iyong huling sagot para sa H ay positibo, kung gayon ang reaksyon ay endothermic. Samantala, kung ang tanda ay negatibo, ang reaksyon ay exothermic. Kung mas malaki ang bilang, mas malaki ang exo- o endothermic na reaksyon. Mag-ingat sa mga malalakas na reaksyon ng exothermic - kung minsan ay naglalabas sila ng maraming lakas, na kung mabilis na mailabas, ay maaaring maging sanhi ng pagsabog.
Sa aming halimbawa, ang pangwakas na sagot ay -13608J. Dahil negatibo ang pag-sign, alam namin na ang aming reaksyon ay exothermic. May katuturan ito - H2 at O2 ay isang gas, habang ang H2O, ang produkto, ay isang likido. Ang mainit na gas (sa anyo ng singaw) ay dapat maglabas ng enerhiya sa kapaligiran sa anyo ng init, upang palamigin ito upang makabuo ng likido, iyon ay, ang reaksyon upang mabuo ang H2O ay exothermic.
Paraan 2 ng 3: Tinatantya ang Laki ng Enthalpy
Hakbang 1. Gumamit ng mga enerhiya sa bono upang matantya ang entalpy
Halos lahat ng mga reaksyong kemikal ay nagsasangkot sa pagbuo o pagbasag ng mga bono sa pagitan ng mga atomo. Dahil sa mga reaksyong kemikal, ang enerhiya ay hindi maaaring sirain o likhain, kung alam natin ang dami ng lakas na kinakailangan upang mabuo o masira ang mga bono sa isang reaksyon, maaari nating tantyahin ang pagbabago ng entalpy para sa pangkalahatang reaksyon na may isang mataas na antas ng kawastuhan sa pamamagitan ng pagdaragdag ng bono na ito mga enerhiya.
-
Halimbawa, ang reaksiyong ginamit H2 + F2 → 2HF. Sa equation na ito, ang lakas na kinakailangan upang masira ang mga H atoms sa H. Molekyul ay2 ay 436 kJ / mol, habang ang lakas na kinakailangan para sa F2 ay 158 kJ / mol. Sa wakas, ang lakas na kinakailangan upang mabuo ang HF mula sa H at F ay = -568 kJ / mol. Pinarami namin ng 2 dahil ang produkto sa equation ay 2 HF, kaya't 2 × -568 = -1136 kJ / mol. Pagdaragdag ng lahat ng ito, nakukuha natin ang:
436 + 158 + -1136 = - 542 kJ / mol.
Hakbang 2. Gamitin ang entalpy ng pagbuo upang matantya ang entalpy
Ang entalpy ng pagbuo ay isang hanay ng mga halagang H na kumakatawan sa entalpy na pagbabago ng isang reaksyon upang makabuo ng isang sangkap na kemikal. Kung alam mo ang kinakailangang entalpy ng pagbuo upang makagawa ng mga produkto at reaktibo sa equation, maaari mong idagdag ang mga ito upang matantya ang entalpy tulad ng bond energies na inilarawan sa itaas.
-
Halimbawa, ang ginamit na equation na C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O. Sa equation na ito, alam namin na ang entalpy ng pormasyon para sa sumusunod na reaksyon ay:
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
Dahil maaari nating ibigay ang mga equation na ito upang makakuha ng C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O, mula sa reaksyong sinusubukan naming hanapin ang entalpy, kailangan lamang naming idagdag ang entalpy ng reaksyon ng pagbuo sa itaas upang hanapin ang entalyo ng reaksyong ito, tulad ng sumusunod:
228 + -788 + -858 = - 1418 kJ / mol.
Hakbang 3. Huwag kalimutang baguhin ang pag-sign kapag binabaligtad ang equation
Mahalagang tandaan na kapag ginamit mo ang entalpy ng pagbuo upang makalkula ang entalpy ng isang reaksyon, dapat mong baguhin ang tanda ng entalpy ng pagbuo tuwing binabaligtad mo ang equation para sa reaksyon ng mga elemento. Sa madaling salita, kung invert mo ang isa o higit pa sa iyong mga equation para sa pagbuo ng isang reaksyon upang ang mga produkto at reactant ay kanselahin ang bawat isa, palitan ang tanda ng entalpy ng reaksyon ng pormasyon na iyong ipinagpapalit.
Sa halimbawa sa itaas, tandaan na ang reaksyon ng pormasyon na ginamit namin para sa C2H5OH baligtad. C2H5OH → 2C + 3H2 + 0.5O2 ipakita ang C2H5Nahati ang OH, hindi nabuo. Dahil binago namin ang equation na ito upang ang mga produkto at reactant ay magkansela sa bawat isa, binago namin ang pag-sign ng entalpy ng pagbuo upang magbigay ng 228 kJ / mol. Sa katunayan, ang entalpy ng pagbuo para sa C2H5Ang OH ay -228 kJ / mol.
Paraan 3 ng 3: Pagmamasid sa Pagbabago ng Enthalpy sa Mga Eksperimento
Hakbang 1. Kumuha ng isang malinis na lalagyan at punan ito ng tubig
Madaling makita ang prinsipyo ng entalpy sa isang simpleng eksperimento. Upang matiyak na ang iyong pang-eksperimentong reaksyon ay hindi nahawahan ng mga panlabas na sangkap, linisin at isteriliser ang mga lalagyan na balak mong gamitin. Gumagamit ang mga siyentista ng mga espesyal na selyadong lalagyan na tinatawag na calorimeter upang masukat ang entalpy, ngunit maaari kang makakuha ng magagandang resulta sa anumang baso o maliit na test tube. Anumang lalagyan na iyong ginagamit, punan ito ng malinis, tubig na may temperatura sa silid. Dapat mo ring mag-eksperimento sa isang silid na may malamig na temperatura.
Para sa eksperimentong ito, kakailanganin mo ng isang maliit na lalagyan. Susuriin namin ang epekto ng entalpy na pagbabago ng Alka-Seltzer sa tubig, kaya't mas mababa ang tubig na iyong ginagamit, mas malinaw ang pagbabago ng temperatura
Hakbang 2. Ipasok ang termometro sa lalagyan
Kumuha ng isang thermometer at itakda ito sa lalagyan upang ang dulo ng thermometer ay nasa ilalim ng tubig. Basahin ang temperatura ng tubig - para sa aming mga layunin, ang temperatura ng tubig ay sinasabihan ng T1, ang paunang temperatura ng reaksyon.
Sabihin nating sinusukat natin ang temperatura ng tubig at ang resulta ay 10 degree C. Sa ilang mga hakbang, gagamitin namin ang mga pagbabasa ng temperatura na ito upang patunayan ang prinsipyo ng entalpy
Hakbang 3. Magdagdag ng isang Alka-Seltzer sa lalagyan
Kapag handa ka nang simulan ang eksperimento, ihulog ang isang Alka-Seltzer sa tubig. Mapapansin mo kaagad ang butil ay bumubula at sumisitsit. Kapag ang mga kuwintas ay natunaw sa tubig, sinisira ang mga ito sa kemikal na bikarbonate (HCO.).3-) at citric acid (na tumutugon sa anyo ng mga ion ng hydrogen, H+). Ang mga kemikal na ito ay tumutugon upang bumuo ng tubig at carbon dioxide gas sa equation 3HCO3− + 3H+ → 3H2O + 3CO2.
Hakbang 4. Sukatin ang temperatura kapag kumpleto ang reaksyon
Panoorin habang nagpatuloy ang reaksyon - ang mga granula ng Alka-Seltzer ay dahan-dahang matunaw. Sa sandaling matapos ang reaksyon ng butil (o bumagal), sukatin muli ang temperatura. Ang tubig ay dapat na mas malamig kaysa dati. Kung ito ay mas mainit, ang eksperimento ay maaaring maapektuhan ng mga puwersang panlabas (halimbawa, kung mainit ang silid na iyong kinaroroonan).
Para sa aming halimbawa ng pang-eksperimentong, sabihin nating ang temperatura ng tubig ay 8 degree C pagkatapos ng paghinto ng paghimas ng mga butil
Hakbang 5. Tantyahin ang entalpy ng reaksyon
Sa isang mainam na eksperimento, kapag nahulog mo ang isang butil ng Alka-Seltzer sa tubig, bumubuo ito ng tubig at carbon dioxide gas (ang gas ay maaaring sundin bilang isang hithit na bula) at maging sanhi ng pagbagsak ng temperatura ng tubig. Mula sa impormasyong ito, hulaan namin ang reaksyon ay endothermic - iyon ay, sumisipsip ng enerhiya mula sa nakapaligid na kapaligiran. Ang mga natutunaw na likido na reaktibo ay nangangailangan ng karagdagang enerhiya upang makabuo ng isang gas na produkto, kaya't sumipsip sila ng enerhiya sa anyo ng init mula sa paligid (sa eksperimentong ito, tubig). Ito ay sanhi ng pagbawas ng temperatura ng tubig.
