Was ist Enthalpie?

Die Enthalpie ist das Maß für die Menge an Energie, die in einem Körper (System) enthalten ist, der ein Volumen hat, unter Druck steht und mit seiner Umgebung ausgetauscht werden kann. Es wird durch den Buchstaben H dargestellt. Die damit verbundene 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 die End- und Anfangsbedingungen der Variablen, die im System untersucht werden, angegeben werden können.

Index

• 1 Was ist die Bildungsenthalpie?
  • 1.1 Beispiel
  • 1.2 Exotherme und endotherme Reaktionen
• 2 Übungen zur Berechnung der Enthalpie
  • 2.1 Aufgabe 1
  • 2.2 Aufgabe 2
  • 2.3 Aufgabe 3
• 3 Referenzen

Was ist die Bildungsenthalpie?

Es ist die Wärme, die von einem System absorbiert oder freigesetzt wird, wenn 1 Mol eines Produkts einer Substanz aus seinen Elementen in ihrem normalen Aggregatzustand erzeugt wird; fest, flüssig, gasförmig, gelöst oder in seinem stabileren allotropen Zustand.

Der stabilste allotrope Zustand von Kohlenstoff ist Graphit, zusätzlich dazu, dass er bei Normaldruckbedingungen 1 Atmosphäre und 25 ° C Temperatur ist.

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

ΔH ° f = Ende H - Anfang H

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

Beispiel

Unter Berücksichtigung der Bildungsreaktion von flüssigem Wasser

H2 (g) + 1/2 O2 (g) H2O (1) & Dgr; H ° f = -285,84 kJ / mol

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

Produkt: 1 Mol flüssiges Wasser.

Es ist anzumerken, dass die Bildungsenthalpien gemäß der Definition für 1 Mol der hergestellten Verbindung sind, so dass die Reaktion, wenn möglich, mit fraktionellen Koeffizienten eingestellt werden muss, wie in dem vorhergehenden Beispiel gesehen.

Exotherme und endotherme Reaktionen

In einem chemischen Prozess kann die Enthalpie der Bildung positiv sein ΔHof> 0, wenn die Reaktion endotherm ist, was bedeutet, dass sie Wärme aus dem Medium absorbiert oder negative ΔHof <0, wenn die Reaktion exotherm mit Wärmeemission aus dem System ist.

Exotherme Reaktion

Die Reagenzien haben mehr Energie als die Produkte.

ΔH ° f <0

Endotherme Reaktion

Die Reagenzien haben eine niedrigere Energie als die Produkte.

ΔH ° f> 0

Um eine chemische Gleichung richtig zu schreiben, muss sie molar ausgeglichen sein. Um dem "Gesetz zur Erhaltung der Materie" zu entsprechen, muss es auch Informationen über den physikalischen Zustand der Reagenzien und Produkte enthalten, was als Aggregationsstatus bekannt ist.

Es muss auch berücksichtigt werden, dass reine Substanzen eine Bildungsenthalpie von Null bis zu Standardbedingungen und in ihrer stabilsten Form aufweisen.

In einem chemischen System, in dem es Reaktanden und Produkte gibt, ist die Reaktionsenthalpie gleich der Bildungsenthalpie unter Standardbedingungen.

ΔH ° rxn = ΔH ° f

Unter Berücksichtigung der oben genannten müssen wir:

ΔH ° rxn = Σnproductos Hivectivos Σnreactivos Hreactivos

Angesichts der folgenden fiktiven Reaktion

aA + bB cC

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

Der Ausdruck für die Reaktionsenthalpie ist:

ΔH ° rxn = cΔH ° fC (aΔH ° fA + bΔH ° fB)

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

ΔH ° f (A) = 300 KJ / mol, ΔH ° f (B) = -100 KJ / mol, ΔH ° f (C) = -30 KJ. Berechnen Sie ΔH ° rxn

ΔH ° rxn = 2 Mol (-30 KJ / Mol) - (2 Mol (300 KJ / Mol + 1 Mol (-100 KJ / Mol) = -60 KJ - (600 KJ - 100 KJ) = -560 KJ

ΔH ° rxn = -560KJ.

Entspricht dann einer exothermen Reaktion.

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

Übungen zur Berechnung der Enthalpie

Übung 1

Ermitteln Sie die Reaktionsenthalpie von NO2 (g) gemäß folgender Reaktion:

2NO (g) + O2 (g) 2NO2 (g)

Mit der Gleichung für die Reaktionsenthalpie haben wir:

ΔH ° rxn = Σnproductos Hivectivos Σnreactivos Hreactivos

ΔH ° rxn = 2 mol (ΔH ° fNO2) - (2 mol ΔH ° f NO + 1 mol ΔH ° f O2)

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

ΔH ° rxn = 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 HESS LAW, das der Schweizer Chemiker Germain Henri Hess im Jahre 1840 vorschlug.

Das Gesetz sagt: "Die Energie absorbiert oder emittiert in einem chemischen Prozess, in dem die Reaktanten Produkte werden, ist das gleiche, wenn es in einer Stufe oder in mehreren durchgeführt wird".

Übung 2

Die Addition von Wasserstoff an Acetylen zur Bildung von Ethan kann in einem Schritt durchgeführt werden:

C2H2 (g) + 2H2 (g) H3CCH3 (g) & Dgr; H ° f = - 311,42 KJ / mol

Oder es kann auch in zwei Phasen geschehen:

C2H2 (g) + H2 (g) H2C = CH2 (g) & Dgr; H ° f = - 174,47 KJ / mol

H2C = CH2 (g) + H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° f = - 136,95 KJ / mol

Indem wir beide Gleichungen algebraisch hinzufügen, haben wir:

C2H2 (g) + H2 (g) H2C = CH2 (g) & Dgr; H ° f = - 174,47 KJ / mol

H2C = CH2 (g) + H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° f = - 136,95 KJ / mol

C2H2 (g) + 2H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° rxn = 311,42 KJ / mol

Übung 3

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

Berechnen Sie die Oxidationsenthalpie von Ethanol, um Essigsäure und Wasser als Produkte zu erhalten, wobei bekannt ist, dass bei der Verbrennung von 10 Gramm Ethanol 300 KJ Energie freigesetzt werden und bei der Verbrennung von 10 Gramm Essigsäure 140 KJ Energie freigesetzt werden.

Wie Sie in der Darstellung des Problems sehen können, erscheinen nur numerische Daten, aber chemische Reaktionen treten nicht auf, so dass es notwendig ist, sie zu schreiben.

CH 3 CH 2 OH (1) + 3 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 3 H 2 O (1) & Dgr; H1 = -1380 KJ / mol.

Der Wert der negativen Enthalpie wird geschrieben, weil das Problem besagt, dass es eine Energiefreisetzung gibt. Sie müssen auch berücksichtigen, dass es sich um 10 Gramm Ethanol handelt, also müssen Sie die Energie für jedes Mol Ethanol berechnen. Dazu ist Folgendes getan:

Das Molgewicht des Ethanols (Summe der Atomgewichte), Wert gleich 46 g / Mol, wird gesucht.

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

10 g Ethanol 1 Mol Ethanol

Das gleiche 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

ΔH2 = -140 KJ (60 g Essigsäure) = -840 KJ / mol

10 g Essigsäure 1 mol Essigsäure.

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

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

CH 3 CH 2 OH (1) + O 2 (g) CH 3 COOH (1) + H 2 O (1) & Dgr; H 3 = & dgr;

Anwendung des Hessschen Gesetzes

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

Die erste Gleichung bleibt die gleiche, weil das Ethanol auf der Seite der Reaktanten ist, wie durch die Problemgleichung angezeigt.

Die zweite Gleichung ist notwendig, um sie mit dem Koeffizienten -1 so zu multiplizieren, dass die Essigsäure, die als reaktiv gilt, zum Produkt werden kann

CH 3 CH 2 OH (1) + 3 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 3H 2 O (1) & Dgr; H1 = -1380 KJ / mol.

- CH3COOH (1) - 2O2 (g) - 2CO2 (g) - 2H2O (1) ΔH2 = - (-840 KJ / mol)

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

-2H2O

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

CH3CH3OH (1) + O2 (g) CH3COOH (1) + H2O (1)

Bestimmen Sie die Enthalpie der Reaktion.

Auf die gleiche Weise, dass jede Reaktion 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.

Bei jeder Verbrennungsreaktion entsteht CO2 und H2O, während bei der Oxidation eines primären Alkohols wie Ethanol Essigsäure entsteht

Referenzen

1. Cedrón, Juan Carlos, Victoria Landa, Juana Robles (2011). Allgemeine Chemie Unterrichtsmaterial Lima: Päpstliche Katholische Universität von Peru.
2. Chemie Libretexte. Thermochemie Genommen von hem.libretexts.org.
3. Levine, I. Physikalische Chemie. vol.2.