ENTALPIA DE REACȚIE: DEFINIȚIE, TERMOCHIMIE, EXERCIȚII - FIZIC - 2025

Entalpia de reacție este o funcție termodinamică , care permite calcularea căldurii acumulate sau livrate într - o reacție chimică, cu condiția ca această reacție a avut loc la presiune constantă. Este definit ca energia internă U plus produsul presiunii P prin volumul V al substanțelor care iau parte la o reacție chimică, după cum urmează: H = U + P ∙ V

Prin urmare, entalpia are dimensiuni de energie, iar în Sistemul internațional de măsurători este măsurată în Joules. Pentru a înțelege relația entalpiei cu căldura schimbată într-o reacție chimică, este necesar să ne amintim de prima lege a termodinamicii, care prevede următoarele: Q = ΔU + W

Figura 1. În arderea unui gaz, entalpia scade. Sursa: pixabay

Prima lege prevede că căldura schimbată într-un proces termodinamic este egală cu variația energiei interne a substanțelor implicate în proces, plus munca depusă de aceste substanțe în proces.

În orice proces, lucrarea W este calculată prin următoarea relație:

În expresia de mai sus Vi este volumul inițial, Vf volumul final și P presiunea. Dacă procesul se desfășoară la presiune constantă P, atunci lucrul rezultat va fi:

Unde ΔV este modificarea de volum.

Definiție

Reacțiile chimice sunt procese termodinamice care apar în general la presiune constantă și foarte frecvent la presiune atmosferică. Acest tip de proces termodinamic se numește „izobaric”, deoarece are loc la presiune constantă.

În acest caz, prima lege a termodinamicii poate fi scrisă astfel:

Qp = ΔU + P ∙ ΔV

În cazul în care Qp indică faptul că căldura a fost schimbată la presiune constantă. Dacă definiția entalpiei H = U + P ∙ V este introdusă în expresia anterioară, atunci obținem:

Qp = ΔH

Prin urmare, o schimbare de entalpie pozitivă indică o reacție care a luat căldură din mediu. Aceasta este o reacție endotermică.

Dimpotrivă, dacă modificarea entalpiei este negativă, atunci este o reacție exotermică.

De fapt, cuvântul entalpie provine de la cuvântul grecesc enthalpien, care înseamnă „a încălzi”.

Entalpia este adesea numită căldură. Dar ar trebui să fie clar că nu este același lucru cu căldura, ci schimbul de căldură în timpul procesului termodinamic care schimbă entalpia.

Relația cu căldura

Spre deosebire de căldură, entalpia este o funcție de stare. Când calculați modificarea de entalpie, calculați diferența a două funcții care depind exclusiv de starea sistemului, precum energia internă și volumul.

ΔH = ΔU + P ∙ ΔV

Deoarece presiunea rămâne constantă în reacție, atunci entalpia reacției este o funcție de stare care depinde doar de energia internă și de volum.

Într-o reacție chimică, entalpia reactanților poate fi definită ca suma a fiecăruia dintre ei; și cea a produselor drept suma entalpiei tuturor produselor.

Modificarea entalpiei într-o reacție este diferența dintre produsele minus cea a reactanților:

Figura 2. Schema de entalpie. Sursa: creată de sine.

Într-o reacție endotermă, entalpia produselor este mai mare decât cea a reactanților; adică reacția preia căldura din mediu. Dimpotrivă, într-o reacție exotermă, entalpia reactanților este mai mare decât cea a produselor, deoarece reacția cedează căldură mediului.

Entalpie standard

Deoarece schimbarea entalpiei într-o reacție chimică poate depinde de presiune și temperatură, este obișnuit să se definească condițiile de reacție standard:

Temperatura standard de reacție: 25 ° C.

Presiunea standard de reacție: 1 atm = 1 bar.

Entalpia standard este notată astfel: H °

termochimie

Într-o ecuație termochimică, nu numai că reactanții și produsele contează, schimbarea de entalpie contează și ea. Entalpia este înțeleasă ca reacția la schimbarea care a avut loc în timpul acesteia.

Ca exemplu, să ne uităm la următoarele reacții:

2 H2 (gaz) + O2 (gaz) → 2 H2O (lichid); ΔH ° = -571.6 kJ (exoterm).

H2 (gaz) + (½) O2 (gaz) → H2O (lichid); ΔH ° = -285,8 kJ (exoterm).

2 H2O (lichid) → 2 H2 (gaz) + O2 (gaz); ΔH ° = +571.6 kJ (endoterm).

Entalpia este o cantitate termodinamică extinsă

Dacă termenii unei ecuații chimice sunt înmulțiți sau împărțiți cu un anumit factor, atunci entalpia este înmulțită sau împărțită la fel.

Dacă reacția este inversată, atunci semnul entalpiei de reacție este de asemenea inversat.

Exerciții rezolvate

-Exercitiul 1

Gazul de acetilenă C2H2 este obținut din reacția de carbură de calciu CaC2 care vine sub formă granulată cu apă la temperatură și presiune ambientală.

Ca date, avem entalpiile de formare a reactanților:

ΔH ° (CaC2) = -59,0 kJ / mol

ΔH ° (H20) = -285,8 kJ / mol

Și entalpia de formare a produselor:

ΔH ° (C2H2) = +227,0 kJ / mol

ΔH ° (Ca (OH) 2) = -986,0 kJ / mol

Găsiți entropia standard a reacției.

Soluţie

Primul lucru este creșterea ecuației chimice echilibrate:

CaC2 (s) + 2H20 (l) → Ca (OH) 2 (s) + C2H2 (g)

Și acum entalpiile reactanților, produselor și reacției:

- Reactivi: -59,0 kJ / mol -2 ∙ 285,8 kJ / mol = -630,6 kJ / mol

- Produse: -986,0 kJ / mol + 227,0 kJ / mol = -759 kJ / mol

- Reacție: ΔH ° = -759 kJ / mol - (-630 kJ / mol) = -129 kJ / mol

Este o reacție exotermică.

-Exercitiul 2

Când se ard un litru de acetilenă în condiții standard, câtă căldură este eliberată?

Soluţie

Odată echilibrat, reacția de ardere a acetilenei arată astfel:

C2H2 (g) + (5/2) O2 (g) → 2 CO2 (g) + H20 (l)

Avem nevoie de entalpiile de formare a produselor:

ΔH ° (CO2) = -393,5 kJ / mol

ΔH ° (H2O (l)) = -285,8 kJ / mol

Calculul entalpiilor

Cu aceste date putem calcula entalpia produselor:

ΔH ° (produse) = 2 * (- 393,5 kJ / mol) + (-285,8 kJ / mol) = -107,8,8 kJ / mol

Și entalpia de formare a reactanților:

ΔH ° (C2H2) = 227,0 kJ / mol

ΔH ° (O2) = 0,0 kJ / mol

Entalpia reactanților va fi:

227,0 kJ / mol + (5/2) * 0,0 = 227,0 kJ / mol

Entalpia de reacție molară va fi apoi: ΔH ° (produse) - ΔH ° (reactanți) = -1072.8kJ / mol - 227.0 kJ / mol = -1299.8 kJ / mol

Entalpia de ardere

Acum trebuie să știm câte moli de acetilenă sunt un litru de acetilenă în condiții standard. Pentru aceasta vom folosi ecuația de stare a unui gaz ideal, din care vom rezolva numărul de alunițe.

Număr alunițe n = P * V / (R * T)

P = 1 atm = 1.013 x 10⁵ Pa

V = 1 l = 1,0 x 10 ^ -3 m³

R = 8,31 J / (mol * K)

T = 25 ° C = 298,15 K

n = 0,041 mol

Entalpia de ardere a 1 litru de acetilenă este 0,041 mol * (-1299,8 kJ / mol) = -53,13 kJ

Semnul negativ indică faptul că este o reacție exotermă care eliberează 53,13 kJ = 12,69 kcal.

Referințe

1. Castane E. Entalpie în reacții chimice. Recuperat de la: lidiaconlaquimica.wordpress.com
2. Termochimie. Entalpie de reacție. Recuperat din: recursostic.educacion.es
3. Termochimie. Definiția entalpiei de reacție standard. Recuperat de la: quimitube.com
4. Wikipedia. Entalpie standard de reacție. Recuperat de la: wikipedia.com
5. Wikipedia. Entalpie de formare. Recuperat de la: wikipedia.com