The entalpie formace je změna, kterou entalpie prochází při tvorbě molu sloučeniny nebo látky za standardních podmínek. Standardní tlakovou podmínkou se rozumí situace, kdy se formační reakce provádí při atmosférickém tlaku jedné atmosféry a při teplotě místnosti 25 stupňů Celsia nebo 298,15 Kelvina..
Normální stav reaktivních prvků ve formační reakci se týká nejběžnějšího stavu agregace (pevných, kapalných nebo plynných) těchto látek za standardních podmínek tlaku a teploty..
Normální stav také označuje nejstabilnější alotropickou formu těchto reaktivních prvků za standardních reakčních podmínek..
Entalpie H je termodynamická funkce, která je definována jako vnitřní energie U plus součin tlaku P a objemu V látek, které se účastní chemické reakce vzniku molekuly látky:
H = U + P ∙ V
Entalpie má rozměry energie a v mezinárodním systému měření se měří v Joulech.
Rejstřík článků
Symbol pro entalpii je H, ale ve specifickém případě entalpie formace je označen ΔH0f, což znamená, že odkazuje na změnu, kterou tato termodynamická funkce zažívá při reakci tvorby molu určité sloučeniny za standardních podmínek.
V zápisu označuje horní index 0 standardní podmínky a dolní index f označuje tvorbu molu látky vycházející z reaktantů ve stavu agregace a nejstabilnější alotropické formy reaktantů za standardních podmínek..
První zákon stanoví, že teplo vyměňované v termodynamickém procesu se rovná změně vnitřní energie látek zapojených do procesu plus práci, kterou tyto látky v procesu provádějí:
Q = ΔU + W
V tomto případě se reakce provádí při konstantním tlaku, konkrétně při tlaku jedné atmosféry, takže práce bude výsledkem tlaku a změny objemu.
Potom teplo formování určité sloučeniny, které budeme označovat Q0f, souvisí se změnou vnitřní energie a objemu takto:
Q0f = ΔU + P ΔV
Ale pamatujeme-li na definici standardní entalpie, máme:
Q0f = ΔH0f
Tento výraz neznamená, že teplo formace a entalpie formace jsou stejné. Správná interpretace spočívá v tom, že teplo vyměňované během formační reakce způsobilo změnu entropie látky vytvořené vzhledem k reaktantům za standardních podmínek..
Na druhou stranu, protože entalpie je rozsáhlá termodynamická funkce, teplo formace se vždy vztahuje k jednomu molu vytvořené sloučeniny..
Pokud je formační reakce exotermická, je entalpie formace negativní.
Naopak, pokud je formační reakce endotermická, je entalpie formace pozitivní..
V rovnici termochemické formace musí být uvedeny nejen reaktanty a produkty. Zaprvé je nutné, aby chemická rovnice byla vyvážena tak, aby množství vytvořené sloučeniny bylo vždy 1 mol.
Na druhé straně musí být v chemické rovnici uveden stav agregace reaktantů a produktů. Je-li to nutné, měla by být také uvedena alotropní forma téhož, protože teplo formace závisí na všech těchto faktorech..
V rovnici termochemické formace musí být také uvedena entalpie formace.
Podívejme se na několik příkladů dobře položených termochemických rovnic:
H2 (g) + 1/2 O2 (g) → H2O (g); ΔH0f = -241,9 kJ / mol
H2 (g) + 1/2 O2 (g) → H2O (1); ΔH0f = -285,8 kJ / mol
H2 (g) + 1/2 O2 (g) → H2O (s); ΔH0f = -292,6 kJ / mol
- Všechny jsou vyváženy na základě tvorby 1 molu produktu.
- Je uveden stav agregace reagencií a produktu.
- Je uvedena entalpie formace.
Všimněte si, že entalpie tvorby závisí na stavu agregace produktu. Ze tří reakcí je nejstabilnější za standardních podmínek druhá.
Protože v chemické reakci a zejména při formační reakci je důležitá změna entropie, a nikoli entropie samotná, je dohodnuto, že čisté prvky v jejich molekulární formě a stavu přirozené agregace za standardních podmínek mají formovací entropii..
Zde jsou nějaké příklady:
O2 (g); ΔH0f = 0 kJ / mol
Cl2 (g); ΔH0f = 0 kJ / mol
Na (s); ΔH0f = 0 kJ / mol
C (grafit); ΔH0f = 0 kJ / mol
S vědomím, že pro tvorbu etenu (C2H4) je nutné poskytnout 52 kJ tepla pro každého molu a že jeho reaktanty jsou vodík a grafit, napište termochemickou rovnici pro vznik etenu.
Nejprve zvedneme chemickou rovnici a vyvážíme ji na základě jednoho molu etenu.
Pak vezmeme v úvahu, že je nutné poskytnout teplo pro uskutečnění formační reakce, což naznačuje, že se jedná o endotermickou reakci, a proto je entropie formace pozitivní..
2 C (pevný grafit) + 2 H2 (plyn) → C2H4 (plyn); ΔH0f = +52 kJ / mol
Za standardních podmínek jsou vodík a kyslík smíchány v 5litrové nádobě. Kyslík a vodík zcela reagují, aniž by reaktanty tvořily peroxid vodíku. Při reakci bylo do prostředí uvolněno 38,35 kJ tepla.
Uveďte chemickou a termochemickou rovnici. Vypočítejte entropii tvorby peroxidu vodíku.
Reakce při tvorbě peroxidu vodíku je:
H2 (plyn) + O2 (plyn) → H2O2 (kapalina)
Všimněte si, že rovnice je již vyvážená na základě jednoho molu produktu. To znamená, že k výrobě jednoho molu peroxidu vodíku je zapotřebí jeden mol vodíku a jeden mol kyslíku..
Výrok o problému nám ale říká, že vodík a kyslík jsou za standardních podmínek smíchány v 5litrové nádobě, takže víme, že každý z plynů zabírá 5 litrů.
Na druhou stranu standardní podmínky znamenají střední tlak 1 atm = 1,013 x 10⁵ Pa a teplotu 25 ° C = 298,15 K.
Za standardních podmínek 1 mol ideálního plynu obsadí 24,47 l, což lze ověřit z následujícího výpočtu:
V = (1 mol * 8,3145 J / (mol * K) * 298,15 K) / 1,03 x 10⁵ Pa = 0,02447 m³ = 24,47 L.
Jelikož je k dispozici 5 L, pak počet molů každého z plynů je dán vztahem:
5 litrů / 24,47 litrů / mol = 0,204 mol každého z plynů.
Podle vyvážené chemické rovnice vznikne 0,204 mol peroxidu vodíku, který uvolní 38,35 kJ tepla do životního prostředí. To znamená, že pro vytvoření jednoho molu peroxidu je zapotřebí 38,35 kJ / 0,204 mol = 188 kJ / mol.
Jelikož se teplo během reakce uvolňuje do prostředí, je entalpie tvorby negativní. Výsledná konečně následující termochemická rovnice:
H2 (plyn) + O2 (plyn) → H2O2 (kapalina); ΔH0f = -188 kJ / mol
Zatím žádné komentáře