Cum sa gasesti Delta H (entalpie)

În timpul oricărei reacții chimice, căldura poate fi absorbită din mediul înconjurător sau eliberată în mediu prin reacție. Schimbul de căldură între o reacție chimică și mediul său este cunoscut ca entalpia reacției sau H. Cu toate acestea, H nu poate fi măsurat direct - în schimb, oamenii de știință folosesc schimbarea temperaturii unei reacții în timp pentru a găsi

conținut

Pași
Metoda 1rezolva problemele de entalpie
Metoda 2estimați entalpia
Metoda 3observarea experimentală a modificărilor entalpiei
Sfaturi

schimbarea entalpiei în timp (indicată ca .DELTA.H). Cu datele lui ΔH, un om de știință poate determina dacă o reacție dă căldură (sau "acest lucru este exotermic") sau absoarbe căldura (sau "acest lucru este endotermic"). În general .DELTA.H = m x s x ΔT, unde m este masa reactanților, s este căldura specifică a produsului și ΔT este schimbarea temperaturii reacției.

pași

Metoda 1
Rezolva problemele de entalpie

Imaginea intitulată Calculați entalpia unei reacții chimice Pasul 1

Determinați produsele de reacție și reactivii. Orice reacție chimică implică două categorii de produse chimice: produse și reactivi. Produsele sunt materiale chimice create de reacție, în timp ce reactanții sunt substanțele chimice interacționa, combina sau descompune pentru a face produsul. Cu alte cuvinte, reactanții unei reacții sunt ca ingredientele dintr-o rețetă, în timp ce produsele sunt ca și farfuria finită. Pentru a găsi ΔH pentru o reacție, trebuie mai întâi să identificați produsele și reactivii.
Ca exemplu, să spunem că vrem să găsim entalpia reacției pentru formarea apei din hidrogen și oxigen: 2H₂ (Hidrogen) + O₂ (Oxigen) 2H₂O (apă). În această ecuație, H₂ și O₂ sunt reactivii și H₂O Este produsul.

Imaginea intitulată Calculați entalpia unei reacții chimice Pasul 2

Se determină masa totală a reactivilor. Apoi, trebuie să găsiți care sunt masele reactanților. Dacă nu cunoașteți masele și nu aveți un echilibru științific care să cântărească reactivii, puteți utiliza masele lor molare pentru a-și găsi masele reale. Masele moleculare sunt constante pe care le puteți găsi în tabele periodice standard (pentru elemente individuale) și în alte resurse de chimie (pentru molecule și compuși). Pur și simplu înmulțiți masa molară a fiecărui reactiv cu numărul de cariere pe care trebuie să le utilizați pentru a găsi masele reactantelor.

În exemplul nostru de apă, reactivii noștri sunt hidrogen și gaze de oxigen, care au mase moleculare de 2 g și, respectiv, 32 g. Din moment ce folosim 2 moli de hidrogen (reprezentat de coeficientul "2" în următoarea ecuație pentru H₂) și 1 mol de oxigen (reprezentat de nici un coeficient apropiat de O)₂), putem calcula masa totală a reactivilor în felul următor:
2 x (2 g) + 1 x (32 g) = 4 g + 32 g = 36g.

Imaginea intitulată Calculați entalpia unei reacții chimice Pasul 3

Găsiți căldura specifică a produsului dvs. Apoi, veți găsi căldura specifică a produsului pe care îl analizați. Fiecare element sau moleculă are o valoare specifică a căldurii asociate: aceste valori sunt constante și se găsesc, de obicei, în materiale chimice (cum ar fi, de exemplu, în cutiile din spatele unui manual de chimie). Există câteva modalități diferite de măsurare a căldurii specifice, dar pentru formula noastră vom folosi valoarea măsurată în unități de jouli / gram ° C.

Rețineți că, dacă ecuația are mai multe produse, va trebui să efectuați un calcul de entalpie pentru reacția fiecărui component utilizat pentru a produce fiecare dintre produse și apoi să le adăugați pentru a găsi entalpia pentru reacția completă.

În exemplul nostru, produsul final este apa, care are o căldură specifică de aproximativ 4,2 jouli / gram ° C.

Imaginea intitulată Calculați entalpia unei reacții chimice Pasul 4

Găsiți diferența de temperatură după reacție. Apoi, vom găsi ΔT, care este schimbarea de temperatură dată înainte de reacție până la terminarea reacției. Pentru a calcula această valoare, scădeți temperatura inițială (sau T1) de la reacția temperaturii finale (sau T2). La fel ca în majoritatea lucrărilor chimice, ar trebui să utilizați temperatura în grade Kelvin (K), dar dacă folosiți grade Celsius C, veți obține aceleași rezultate.

Pentru exemplul nostru, să spunem că reacția noastră era la început de 185 K, dar sa răcit la 95 K până la terminarea lui. În acest caz, ΔT trebuie calculat după cum urmează:
ΔT = T2 - T1 = 95 K - 185 K = -90 K

Imaginea intitulată Calculați entalpia unei reacții chimice Pasul 5

Pentru ao rezolva, folosiți formula ΔH = m x s x ΔT. Odată ce ai m, masa reactanților, căldura specifică a produsului și ΔT, schimbarea temperaturii în reacția ta, ai deja totul pentru a găsi entalpia reacției. Trebuie doar să introduceți valorile în formula ΔH = m x s x ΔT și pentru a rezolva multiplii. Răspunsul va fi dat în unitate de jouli de energie (J).

Pentru problema noastră de exemplu, am descoperit că entalpia reacției este definită după cum urmează:
ΔH = (36 g) x (4,2 JK-1 g-1) x (-90 K) = -13,608 J

Imaginea intitulată Calculați entalpia unei reacții chimice Pasul 6

Determinați dacă reacția dvs. câștigă sau pierde energie. Unul dintre cele mai frecvente motive pentru care ΔH se calculează în diferite reacții este de a determina dacă reacția este exotermă (pierde energie și eliberează căldură) sau endotermică (câștigă energie și absoarbe căldura). Dacă semnul răspunsului final al ΔH este pozitiv, reacția este endotermică. Pe de altă parte, dacă semnul este negativ, reacția este exotermă. Cu cat este mai mare numarul, cu atat mai mult exo sau endo-termic este reactia. Aveți grijă cu reacțiile puternic exoterme - acestea pot uneori să prezinte o mare eliberare de energie, care, dacă este suficient de rapidă, poate provoca o explozie.

În exemplul nostru, răspunsul nostru final este -13.608 J. Deoarece semnul este negativ, știm că reacția noastră este exotermic. Acest lucru are sens - H₂ și O₂ ele sunt gaze, în timp ce H₂Sau, produsul este lichid. Gazele fierbinți (sub formă de vapori) eliberează energie în mediu sub formă de căldură pentru ao răci până la punctul în care pot forma apă lichidă, ceea ce înseamnă că formarea lui H₂Sau este exotermă.

Metoda 2
Estimați entalpia

Imaginea intitulată Calculați entalpia unei reacții chimice Pasul 7

Utilizează energiile legăturilor pentru a estima entalpia. Aproape toate reacțiile chimice implică formarea sau ruperea legăturilor dintre atomi. Întrucât într-o reacție chimică, energia nu poate fi distrusă sau creată, dacă cunoaștem energia necesară pentru a forma sau rupe legăturile în reacție, putem estima variația entalpiei pentru reacția completă cu mare precizie prin adăugarea acestor energii de legare .

De exemplu, luați în considerare reacția H₂ + F₂ → 2HF. În acest caz, energia necesară pentru a rupe atomii de H din H₂ separarea lor de moleculă este de 436 kJ / mol, în timp ce energia necesară pentru F₂ este de 158 kJ / mol. În cele din urmă, energia necesară formării HF între H și F este = -568 kJ / mol. Înmulțim acest lucru cu 2 deoarece produsul din ecuație este 2HF, oferindu-ne 2 și timpurile -568 = -1136 KJ / mol. Adăugând toate acestea obținem:
436 + 158 + -1136 = -542 kJ / mol.

Imaginea intitulată Calculați entalpia unei reacții chimice Pasul 8

Utilizează entalpii de formare pentru a calcula entalpia. În entalpiile de formare se stabilesc valori ΔH care reprezintă modificările entalpiei ale reacțiilor utilizate pentru a crea produse chimice specifice. Dacă cunoașteți entalpiile de antrenament necesare pentru a crea produse și reactivi într-o ecuație, le puteți adăuga pentru a estima entalpia în același mod în care ați face cu energiile legăturilor descrise mai sus.

De exemplu, luați în considerare reacția C₂H₅OH + 30₂ → 2CO₂ + 3H₂O. În acest caz, știm că entalpiile de formare pentru următoarele reacții
C₂H₅OH> 2C + 3H₂ + 0.5o₂ = 228 kJ / mol
2C + 20₂ → 2CO₂ = -394 x 2 = -788 kJ / mol
3H₂ + 1,5 O₂ → 3H₂O = -286 x 3 = -858 kJ / mol
Deoarece putem adăuga aceste ecuații pentru a obține C₂H₅OH + 30₂ → 2CO₂ + 3H₂Sau, reacția pentru care încercăm să găsim entalpia, putem adăuga pur și simplu entalpiile reacțiilor de formare de mai sus pentru a găsi entalpia acestei reacții după cum urmează:
228 + -788 + -858 = -1418 kJ / mol.

Imaginea intitulată Calculați entalpia unei reacții chimice Pasul 9

Nu uitați să schimbați semnele atunci când eliminați ecuațiile. Este important să rețineți că atunci când utilizați entalpii de formare pentru a calcula entalpia unei reacții, este necesar să inversați semnul entalpiei formării de fiecare dată când curățați o componentă în ecuația de reacție. Cu alte cuvinte, trebuie să vă transformați ecuațiile de reacție de formare de una sau mai multe ori pentru a obține toate produsele și reactivii în poziția de a le anula corect și pentru a inversa semnul entalpie al reacțiilor de antrenament pe care le-ați șters.

În exemplul anterior, observați reacția de antrenament pe care am folosit-o pentru C₂H₅OH este invers. C₂H₅OH> 2C + 3H₂ + 0.5o₂ C afișat₂H₅Oh, nu este format. Pentru că inversăm ecuația pentru a obține toate produsele și reactivii să anuleze corect, vom inversa semnul în ecuația entalpiei de formare pentru a obține 228 kJ / mol. De fapt, entalpia de antrenament pentru C₂H₅OH este -228 kJ / mol.

Metoda 3
Observarea experimentală a modificărilor entalpiei

Imaginea intitulată Calculați entalpia unei reacții chimice Pasul 10

Luați un recipient curat și umpleți-l cu apă. Este ușor să vezi principiile entalpiei în acțiune cu un simplu experiment. Pentru a vă asigura că reacția din experiment nu funcționează fără contaminare în exterior, curățați și sterilizați recipientul pe care îl veți utiliza. Oamenii de știință folosesc containere închise special numite calorimetre pentru măsurarea entalpiei, dar rezultate rezonabile pot fi obținute cu orice vas mic de sticlă. Indiferent de recipientul pe care îl utilizați, umpleți-l cu apă curată din jet la temperatura camerei. De asemenea, este important să efectuați reacția în interiorul unui loc care are temperatura camerei.

Pentru acest experiment trebuie să utilizați un mic container. Vom testa modificarea efectelor de entalpie cu Alka-Seltzer în apă, astfel încât cu cât cantitatea de apă utilizată este mai mică, cu atât mai evidentă va fi schimbarea temperaturii.

Imaginea intitulată Calculați entalpia unei reacții chimice Pasul 11

Introduceți un termometru în recipient. Plasați un termometru și reglați-l în recipient astfel încât capătul cititorului de temperatură să fie sub nivelul apei. Luați o citire a temperaturii apei, pentru scopurile noastre, temperatura apei va reprezenta T1 care este temperatura inițială a reacției.

Să presupunem că măsuram temperatura apei și constatăm că aceasta este exact la 10 grade C. În câțiva pași, vom folosi această temperatură a eșantionului pentru a demonstra principiile entalpiei.

Imaginea intitulată Calculați entalpia unei reacții chimice Pasul 12

Adăugați o tabletă Alka-Seltzer în recipient. Când sunteți gata să începeți experimentul, aruncați o singură tabletă Alka-Seltzer în apă. Veți observa imediat că începe să bubble și fizz. Deoarece tableta se dizolvă în apă, are loc descompunerea substanțelor chimice formate care sunt bicarbonate (HCO).₃) și acid citric (care reacționează sub formă de ioni de hidrogen, H). Aceste substanțe chimice reacționează pentru a forma gaze de apă și dioxid de carbon în reacția 3HCO₃ + 3H → 3H₂O + 3CO₂.

Imaginea intitulată Calculați entalpia unei reacții chimice Pasul 13

Măsurați temperatura când reacția se termină. Monitorizați reacția în timp ce mergeți - comprimatul Alka-Seltzer trebuie să se dizolve treptat. De îndată ce tableta își încheie reacția (sau pare să fi diminuat ritmul melcului), măsurați din nou temperatura. Apa trebuie să fie ușor mai rece decât înainte. Dacă este mai cald, experimentul poate fi afectat de un factor extern (cum ar fi, de exemplu, dacă camera în care vă aflați este deosebit de caldă).

Pentru experimentul nostru de exemplu, să presupunem că temperatura apei este de 8 grade C după ce tableta termină efervescența.

Imaginea intitulată Calculați entalpia unei reacții chimice Pasul 14

Estimați entalpia reacției. Într-un experiment ideal, când adăugați comprimatul Alka-Seltzer în apă, acesta formează apă și dioxid de carbon gazos (ultima dintre acestea se poate observa ca bule) și cauzează scăderea temperaturii apei. Din aceste informații, ar fi de așteptat o reacție endotermică - adică o reacție care absorb energie din mediul înconjurător. Reactivii lichizi dizolvați au nevoie de energie suplimentară pentru a face saltul către produsul gazos, astfel că este nevoie de energie sub formă de căldură din mediul înconjurător (în acest caz apa). Aceasta determină scăderea temperaturii apei.

În experimentul nostru de exemplu, temperatura apei a scăzut la doi grade după adăugarea produsului Alka-Seltzer. Acest lucru este în concordanță cu tipul de reacție ușor endotermică pe care ne-am aștepta.

sfaturi

Calculele sunt făcute cu grade Kelvin (K) - o scară pentru măsurarea temperaturii, precum și grade Celsius. Pentru a converti între Celsius și Kelvin, trebuie doar să adăugați sau să scăpați 273 de grade: K = ° C + 273.

Distribuiți pe rețelele sociale:

înrudit