Løsning varme hvordan beregnet, applikasjoner og øvelser

Han Løsningsvarme O entalpi av løsning er varmen som blir absorbert eller løsrevet under oppløsningsprosessen for en viss mengde av løsningen i løsningsmidlet, under tilstand av konstant trykk.

Når en kjemisk reaksjon finner sted, kreves energi både for å danne og bryte koblinger som tillater dannelse av nye stoffer. Energien som flyter slik at disse prosessene finner sted er varme, og termokjemi er vitenskapens gren som er ansvarlig for å studere dem.

Kilde: Pixnio.

Angående begrepet Enthalpía, dette Det brukes til å kalle varmestrømmen når kjemiske prosesser oppstår under konstante trykkforhold. Opprettelsen av dette begrepet tilskrives den nederlandske fysikeren Heike Kamerlingh Onnes (1853 - 1926), den samme som oppdaget superledelse.

[TOC]

Hvordan beregnes det?

For å finne entalpien er det nødvendig å starte fra den første loven om termodynamikk, som vurderer at variasjonen i den interne energien ΔU til et system skyldes varmen som er absorbert q og for å jobbe med det av en ekstern agent:

ΔU = q + w

Hvor arbeid er det negative integralet fremfor alt volumet av trykket på trykket ved den differensielle volumendringen. Denne definisjonen tilsvarer det negative integralen av det skalære kraftproduktet av vektorforskyvningen i mekanisk arbeid:

Når den konstante trykktilstanden nevnt ovenfor brukes, kan P være utenfor integralen; Derfor er arbeidet:

W = -p (v_F -V_enten) = -PΔV

-Uttrykket for entalpi

Hvis dette resultatet erstattes i ΔELLER er oppnådd:

ΔU = q - PΔV

Q = ΔU + PΔV = u_F - ELLER_enten + P (v_F -V_enten) = U_F + PV_F - (Eller_enten + PV_enten )

Mengden U + PV Det kalles entalpía H, så det:

Q = h_F - H_enten = ΔH

Enthalpy måles i joules, siden det er energi.

Det kan tjene deg: forskjeller mellom hastighet og hastighet (med eksempler)

Løsning entalpi

De første komponentene i en løsning er løst og løsemiddel, og de har en original entalpi. Når denne løsningen blir utført, vil den ha sin egen entalpi.

I dette tilfellet kan du uttrykke variasjonen av entalpi i Joules som:

ΔH = H_løsning - H_reagenser

Eller i standard entalpiform ΔH^enten, Hvor resultatet er i joule/mol

ΔH^enten = H^enten _løsning - H^enten_reagenser

Hvis reaksjonen avgir varme, tegnet på ΔH Det er negativt (eksotermisk prosess), hvis den absorberer varme (endotermisk prosess), vil tegnet være positivt. Og naturlig nok vil verdien av løsningen entalpi avhenge av konsentrasjonen av den endelige løsningen.

applikasjoner

Mange ioniske forbindelser er oppløselige i polare løsningsmidler, for eksempel vann. Saltløsninger (natriumklorid) i vann eller saltlake, brukes ofte. Nå kan entalpien til løsningen betraktes som bidrag fra to energier:

- En for å bryte løsemidlet og løsemiddelforbindelser

- Den andre er den ene som kreves i dannelsen av nye løsemiddelforbindelser.

Når det Retikulær entalpi av det faste stoffet og Hydrering entalpi Å danne løsningen, i tilfelle av vann. Hvis det ikke handler om vann, kalles det Solvasjonsentalpi.

De Retikulær entalpi Det er den nødvendige energien for brudd på det ioniske nettverket og danner gassformene, en prosess som alltid er endotermisk, siden energi må leveres til det faste stoffet for å skille det inn i dets bestanddeler og ta dem til den gassformige tilstanden.

På den annen side er hydreringsprosesser alltid eksotermiske, siden hydratiserte ioner er mer stabile enn ioner i en gassformig tilstand.

På denne måten kan opprettelsen av løsningen være eksoterm eller endotermisk.

Kan tjene deg: bølgende fenomener

Målinger med kalorimeter

I praksis er det mulig å måle ΔH I et kalorimeter, som i utgangspunktet består av en isolert beholder utstyrt med et termometer og en agiterende stang.

Når det gjelder beholderen, blir vann nesten alltid hellet, som er den kalorimetriske væske par excellence, siden dens egenskaper er den universelle referansen for alle væsker.

Gammel kalorimeter brukt av lavoisier. Kilde: Gustavocarra [CC BY-SA 4.0 (https: // creativecommons.Org/lisenser/by-SA/4.0)].

Selvfølgelig griper kalorimetermaterialer også i varmeutveksling, i tillegg til vann. Men kalorikapasiteten til hele settet, ringte konstant av kalorimeteret, kan bestemmes separat fra reaksjonen og deretter ta hensyn til når den finner sted.

Energibalansen er som følger, og husker tilstanden at det ikke er noen energilekkasjer i systemet:

ΔH _løsning + ΔH _vann + C _kalorimeter ΔT = 0

Hvor fra:

ΔH _løsning = - m _vann . c _vann . ΔT - c _kalorimeter ΔT = -Q _vann - Q _kalorimeter

Og å oppnå standard entalpi:

Hvor:

- Soluto Mass: M_s

- Molekylvekt på løsten: m_s

- Vannmasse: M_vann

- Vannmolekylvekt: M_vann

- Vann molar varmekapasitet: C_{vann; m}*

- Temperaturendring: Δt

*C_P.m vann er 75.291 J/mol . K

Løste øvelser

-Oppgave 1

KOH Solid kaliumdannelse entalpi er ΔH^enten = +426 kJ/mol, Det flytende vannet h₂Eller det er det 285.9 kJ/mol.

Det er også kjent at når metallisk kaliumhydroksid reagerer med flytende vann, hydrogen og ΔH^enten = -2011 kJ/mol. Med disse dataene beregner du endalpyen til KOH -løsningen i vann.

Løsning

- Koh er disintestant i sine komponenter:

Koh_fast → K_fast + ½ o₂ + ½ h₂;  ΔH^enten = - 426 kJ/mol

- Flytende vann dannes:

Kan tjene deg: grener av klassisk og moderne fysikk

½ o₂ + ½ h₂ → H₂ENTEN_Væske;  ΔH^enten = -285.9 kJ/mol

- Nå må du danne løsningen:

K_fast + H₂O → ½ h₂ + Koh_vandig ; ΔH^enten = -2011 kj/mol

Legg merke til at tegnet på KOH -oppløsningsentalpien er investert, noe som skyldes Hess -loven: Når reagensene blir produkter, er ikke endringen av entalpi avhengig av trinnene på rad, og når ligningen er nødvendig for å investere, som som I dette tilfellet endrer entalpi tegn.

Energibalanse er den algebraiske summen av entalpier:

- 426 KJ/K - 285.9 kJ/mol - 2011 kj/mol = -2722,9 kJ/mol

-Oppgave 2

Oppløsningen av oppløsning for neste reaksjon bestemmes i et konstant trykk kalorimeter, og det er kjent at kalorimeterkonstanten er 342.5 J/K. Når jeg løser opp.423 g natriumsulfat Na₂SW₄ i 100.34 g vann, temperaturvariasjonen er 0.037 k. Beregn standardløsningen av løsning for NA₂SW₄ Fra disse dataene.

Løsning

Standard entalpi av løsningen er klar fra den tidligere gitte ligningen:

Og beregnes ved hjelp av følgende tabulerte data:

For natriumsulfat: m_s = 142.04 g/mol; m_s = 1.423 g

Og for vann: m_vann = 100.34 g; M_vann = 18.02 g/mol; C_{vann; m} = 75.291 J/K mol

ΔT = 0.037 k

C _kalorimeter = 342.5 J/K

Referanser

1. Cengel, og. 2012.Termodynamikk. 7. utg. MC.Graw Hill. 782 - 790
2. Engel, t. 2007. Introduksjon til fysikkjemi: termodynamikk. Pearson Education. 63-78.
3. Giancoli, d.  2006. Fysikk: Prinsipper med applikasjoner. 6. ... Ed Prentice Hall. 384-391.
4. Maron, s. 2002. Fundamentals of Physicocemistry. Limusa. 152-155.
5. Serway, r., Jewett, J. (2008). Fysikk for vitenskap og ingeniørfag. Volum 1. 7. Ed. Cengage Learning. 553-567.