Barcha kimyoviy reaktsiyalarda issiqlik atrofdan olinishi yoki atrofga chiqarilishi mumkin. Kimyoviy reaktsiya va uning atrofidagi issiqlik almashinuvi reaktsiya entalpiyasi yoki H deb nomlanadi, lekin H ni to'g'ridan -to'g'ri o'lchab bo'lmaydi - buning o'rniga, olimlar vaqt o'tishi bilan reaktsiya haroratining o'zgarishini entalpi o'zgarishini topish uchun ishlatadilar. vaqt o'tishi bilan (yozilgan H). H yordamida olim reaktsiya issiqlikni (yoki "ekzotermik") berishini yoki issiqlikni olishini (yoki "endotermik" ekanligini) aniqlay oladi. Umuman, H = m x s x T, bu erda m - reaktiv moddalarning massasi, s - mahsulotlarning o'ziga xos issiqligi, T - reaksiyadagi haroratning o'zgarishi.
Qadam
3 -usul 1: Entalpi muammolarini hal qilish
Qadam 1. Mahsulotlaringiz va reaktivlaringizning reaktsiyasini aniqlang
Har qanday kimyoviy reaktsiya ikkita kimyoviy toifani o'z ichiga oladi - mahsulotlar va reaktivlar. Mahsulotlar - bu reaktsiyalar natijasida hosil bo'ladigan kimyoviy moddalar, reaktivlar - bu mahsulotlarni ishlab chiqarish uchun birlashadigan yoki bo'linadigan kimyoviy moddalar. Boshqacha qilib aytganda, reaktsiyaning reaktivlari oziq -ovqat retseptining tarkibiy qismlariga o'xshaydi, mahsulotlar esa tayyor ovqatdir. Reaksiyaning H ni topish uchun, avvalo, mahsulot va reaktivlarni aniqlang.
Masalan, biz vodorod va kisloroddan suv hosil bo'lish reaksiyasining entalpiyasini topamiz deylik: 2H2 (Vodorod) + O2 (Kislorod) → 2H2O (suv). Bu tenglamada, H2 va O2 reaktiv hisoblanadi va H2O mahsulotdir.
2 -qadam. Reaktiv moddalarning umumiy massasini aniqlang
Keyin reaktivlaringizning massasini toping. Agar siz uning massasini bilmasangiz va uni ilmiy miqyosda torta olmasangiz, uning massasini haqiqiy massasini topish uchun ishlatishingiz mumkin. Molar massa - bu doimiy davriy jadvalda (bitta elementlar uchun) va boshqa kimyoviy manbalarda (molekulalar va birikmalar uchun) topiladigan doimiy miqdor. Reaktivlarning massasini topish uchun har bir reaktivning molyar massasini mol soniga ko'paytiring.
-
Suv misolida bizning reaktivlar vodorod va kislorod gazlari bo'lib, ularning molyar massalari 2 g va 32 g ni tashkil qiladi. Biz 2 mol vodoroddan foydalanayotganimiz uchun (H 2 koeffitsientiga ko'ra)2) va 1 mol kislorod (O koeffitsientlari yo'qligiga qarab2), biz reaktivlarning umumiy massasini quyidagicha hisoblashimiz mumkin:
2 × (2g) + 1 × (32g) = 4g + 32g = 36 g
Qadam 3. Mahsulotingizning o'ziga xos issiqligini toping
Keyinchalik, siz tahlil qilayotgan mahsulotning o'ziga xos issiqligini toping. Har bir element yoki molekulaning o'ziga xos o'ziga xos issiqligi bor: bu qiymat doimiydir va odatda kimyo o'qitish manbalarida topiladi (masalan, kimyo darsligining orqa qismidagi jadvalda). Maxsus issiqlikni hisoblashning turli usullari mavjud, lekin biz ishlatadigan formulada biz Joule/gramm ° S birlikdan foydalanamiz.
- E'tibor bering, agar sizning tenglamangizda bir nechta mahsulot bo'lsa, siz har bir mahsulotni ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan elementlarning reaktsiyalari uchun entalpiyani hisoblashingiz kerak bo'ladi, so'ngra reaktsiya uchun umumiy entalpiyani topish uchun ularni qo'shing.
- Bizning misolimizda, yakuniy mahsulot suvdir, uning o'ziga xos issiqligi taxminan. 4,2 joul/gramm ° C.
4 -qadam. Reaksiya sodir bo'lgandan keyin harorat farqini toping
Keyinchalik, biz reaktsiyadan oldin va keyin harorat o'zgarishini topamiz. Reaksiyaning boshlang'ich harorati (yoki T1) ni hisoblash uchun reaktsiyadan keyingi oxirgi haroratdan (yoki T2) chiqarib tashlang. Ko'pgina kimyoviy ishlarda bo'lgani kabi, Kelvin (K) harorati ishlatiladi (garchi Selsiy (S) ham xuddi shunday natija beradi).
-
Bizning misolimiz uchun aytaylik, reaktsiyaning boshlang'ich harorati 185K, lekin reaksiya tugagach 95Kgacha soviydi. Bu masalada T quyidagicha hisoblanadi.
T = T2 - T1 = 95K - 185K = - 90 ming
Qadam 5. Y = echish uchun H = m x s x T formulasidan foydalaning
Agar sizda m, reaktivlar massasi, s, mahsulotlarning o'ziga xos issiqligi va T, reaktsiya haroratining o'zgarishi bo'lsa, demak siz reaktsiyaning entalpiyasini topishga tayyormiz. O'z qiymatlaringizni H = m x s x T formulasiga ulang va hal qilish uchun ko'paytiring. Sizning javobingiz energiya birliklarida yozilgan, ya'ni Joules (J).
-
Bizning misol muammomiz uchun reaktsiyaning entalpiyasi:
H = (36g) × (4.2 JK-1 g-1) × (-90K) = - 13608 J
Qadam 6. Sizning reaktsiyangiz energiya oladimi yoki yo'qolib ketadimi, aniqlang
Har xil reaktsiyalar uchun H ni hisoblashning eng keng tarqalgan sabablaridan biri bu reaktsiyaning ekzotermik (energiyani yo'qotib, issiqlikni chiqarib yuborish) yoki endotermik (energiyaga ega va issiqlikni yutish) ekanligini aniqlashdir. Agar H uchun oxirgi javobingizning belgisi ijobiy bo'lsa, reaktsiya endotermikdir. Ayni paytda, agar belgi salbiy bo'lsa, reaktsiya ekzotermik bo'ladi. Raqam qancha ko'p bo'lsa, ekzo yoki endotermik reaktsiya shuncha ko'p bo'ladi. Kuchli ekzotermik reaktsiyalarda ehtiyot bo'ling - ular ba'zida katta miqdorda energiya chiqaradi, agar ular juda tez ajralib chiqsa, portlashga olib kelishi mumkin.
Bizning misolimizda oxirgi javob -13608J. Belgisi salbiy bo'lgani uchun, biz bilamizki, bizning reaktsiya ekzotermik. Bu mantiqiy - H.2 va O2 gazdir, H2O, mahsulot suyuqlikdir. Issiq gaz (bug 'shaklida) atrof -muhitga issiqlik shaklida energiya berishi, uni sovutish uchun suyuqlik hosil qilishi kerak, ya'ni H hosil qilish reaktsiyasi.2O ekzotermik.
3 -usul 2: Entalpi hajmini taxmin qilish
Qadam 1. Bog'lanish energiyalaridan foydalanib, entalpiyani baholang
Deyarli barcha kimyoviy reaktsiyalar atomlar orasidagi bog'lanishning paydo bo'lishi yoki uzilishini o'z ichiga oladi. Kimyoviy reaktsiyalarda energiyani yo'q qilish yoki yaratish mumkin emas, agar biz reaktsiyadagi aloqalarni hosil qilish yoki uzish uchun zarur bo'lgan energiya miqdorini bilsak, bu aloqani qo'shish orqali umumiy reaktsiya uchun entalpiya o'zgarishini yuqori aniqlikda baholashimiz mumkin. energiyalar.
-
Masalan, reaksiyada H ishlatiladi2 + F2 → 2HF. Bu tenglamada H molekulasidagi H atomlarini parchalash uchun zarur bo'lgan energiya2 436 kJ/mol, F uchun zarur bo'lgan energiya esa2 158 kJ/mol ni tashkil qiladi. Nihoyat, H va F dan HF hosil qilish uchun zarur bo'lgan energiya = -568 kJ/mol. Biz 2 ga ko'paytiramiz, chunki tenglamadagi mahsulot 2 HF, shuning uchun bu 2 × -568 = -1136 kJ/mol. Hammasini qo'shib, biz quyidagilarni olamiz:
436 + 158 + -1136 = - 542 kJ/mol.
2 -qadam. Entalpiyani taxmin qilish uchun shakllanish entalpiyasidan foydalaning
Formalanish entalpiyasi - bu kimyoviy moddani hosil qilish uchun reaktsiyaning entalpiya o'zgarishini ifodalovchi H qiymatlar to'plami. Agar siz tenglamadagi mahsulotlar va reaktivlarni ishlab chiqarish uchun zarur bo'lgan hosil bo'lish entalpiyasini bilsangiz, ularni yuqoridagi tasvirlangan bog'lanish energiyalari kabi entalpiyani baholash uchun qo'shishingiz mumkin.
-
Masalan, C ishlatilgan tenglama2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O. Bu tenglamada bilamizki, quyidagi reaktsiya uchun hosil bo'lish entalpiyasi:
C2H5OH → 2C + 3H2 +0,5O2 = 228 kJ/mol
2C + 2O2 → 2CO2 = -394 × 2 = -788 kJ/mol
3H2 +1.52 → 3H2O = -286 × 3 = -858 kJ/mol
Biz C olish uchun bu tenglamalarni yig'ishimiz mumkin2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O, biz entalpiyani topmoqchi bo'lgan reaktsiyadan, yuqoridagi hosil bo'lish reaktsiyasining entalpiyasini bu reaktsiyaning entalpiyasini topish uchun qo'shishimiz kerak bo'ladi:
228 + -788 + -858 = - 1418 kJ/mol.
3 -qadam. Tenglamani teskari yo'naltirishda belgini o'zgartirishni unutmang
Shuni ta'kidlash kerakki, reaksiyaning entalpiyasini hisoblash uchun hosil bo'lish entalpiyasidan foydalanganda, elementlar reaktsiyasi uchun tenglamani teskari aylantirganda, hosil bo'lish entalpiyasining belgisini o'zgartirish kerak. Boshqacha qilib aytganda, agar siz reaktsiya hosil qilish uchun bir yoki bir nechta tenglamangizni teskari aylantirsangiz, mahsulot va reaktivlar bir -birini bekor qilsa, siz almashayotgan shakllanish reaktsiyasining entalpi belgisini o'zgartiring.
Yuqoridagi misolda, biz C uchun ishlatilgan hosil bo'lish reaktsiyasiga e'tibor bering2H5OH teskari. C2H5OH → 2C + 3H2 +0,5O2 ko'rsatish C2H5OH bo'linadi, shakllanmagan. Mahsulotlar va reaktivlar bir -biridan voz kechishi uchun biz bu tenglamani o'zgartirdik, shuning uchun hosil bo'lish entalpiyasining belgisini 228 kJ/molga o'zgartirdik. Aslida, C uchun shakllanish entalpiyasi2H5OH -228 kJ/mol.
3 -usul 3: tajribalarda entalpi o'zgarishini kuzatish
Qadam 1. Toza idishni olib, suv bilan to'ldiring
Entalpi printsipini oddiy tajriba yordamida ko'rish oson. Sizning eksperimental reaktsiyangiz tashqi moddalar bilan ifloslanmaganligiga ishonch hosil qilish uchun siz ishlatmoqchi bo'lgan idishlarni tozalang va sterilizatsiya qiling. Olimlar entalpi o'lchash uchun kalorimetr deb nomlangan maxsus muhrlangan idishlardan foydalanadilar, lekin siz har qanday shisha yoki kichik probirkadan yaxshi natijalarga erishishingiz mumkin. Qaysi konteynerdan foydalansangiz, uni toza, xona haroratidagi suv bilan to'ldiring. Siz ham sovuq haroratli xonada tajriba o'tkazishingiz kerak.
Ushbu tajriba uchun sizga juda kichik idish kerak bo'ladi. Biz Alka-Seltzerning entalpi o'zgarishining suvga ta'sirini o'rganib chiqamiz, shuning uchun siz qancha kam suv ishlatsangiz, harorat o'zgarishi shunchalik aniq bo'ladi
Qadam 2. Termometrni idishga soling
Termometrni oling va uni termometrning uchi suv ostida bo'lishi uchun idishga joylashtiring. Suvning haroratini o'qing - bizning maqsadimiz uchun suvning harorati reaktsiyaning boshlang'ich harorati T1 bilan belgilanadi.
Aytaylik, biz suvning haroratini o'lchaymiz va natija 10 daraja C. Bir necha qadamda biz entalpi printsipini isbotlash uchun bu harorat ko'rsatkichlaridan foydalanamiz
Qadam 3. Idishga bitta Alka-Seltzer qo'shing
Tajribani boshlashga tayyor bo'lganingizda, Alka-Seltzerni suvga tashlang. Siz darhol donning puflab va shivirlayotganini sezasiz. Boncuklar suvda eriganida, ular kimyoviy bikarbonatga (HCO) bo'linadi.3-) va limon kislotasi (vodorod ionlari shaklida reaksiyaga kirishadi, H+). Bu kimyoviy moddalar 3HCO tenglamasida suv va karbonat angidrid gazini hosil qilish uchun reaksiyaga kirishadi3− + 3H+ → 3H2O + 3CO2.
Qadam 4. Reaksiya tugagach, haroratni o'lchang
Reaksiya qanday davom etayotganiga e'tibor bering - Alka -Seltzer granulalari asta -sekin eriydi. Don reaktsiyasi tugashi bilan (yoki sekinlashganda), haroratni yana o'lchab ko'ring. Suv avvalgisidan sovuqroq bo'lishi kerak. Agar iliqroq bo'lsa, tajribaga tashqi kuchlar ta'sir qilishi mumkin (masalan, siz turgan xona issiq bo'lsa).
Bizning tajriba misolimiz uchun, aytaylik, donalar gazlashdan to'xtaganidan keyin suvning harorati 8 daraja
5 -qadam. Reaksiyaning entalpiyasini baholang
Ideal tajribada, agar siz Alka-Seltzer donini suvga tashlasangiz, u suv va karbonat angidrid gazini hosil qiladi (gazni shivirlash pufagi sifatida kuzatish mumkin) va suvning harorati tushishiga olib keladi. Bu ma'lumotlarga ko'ra, biz reaktsiya endotermik deb taxmin qilamiz, ya'ni u atrofdagi energiyani o'zlashtiradi. Erigan suyuq reaktivlar gazsimon mahsulot ishlab chiqarish uchun qo'shimcha energiya talab qiladi, shuning uchun ular energiyani atrofdan issiqlik shaklida yutadi (bu tajribada suv). Bu suv harorati pasayishiga olib keladi.
