WAS IST ENTHALPIE? - CHEMIE - 2025

Die Enthalpie ist ein Maß für die Energiemenge, die in einem Körper (System) mit einem Volumen enthalten ist, Druck ausgesetzt ist und mit seiner Umgebung austauschbar ist. Es wird durch den Buchstaben H dargestellt. Die damit verbundene physikalische Einheit ist das Joule (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, ist dies auch H. Dies liegt daran, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt einige Anfangs- und Endbedingungen für die im System zu untersuchende Variable angegeben werden können.

Was ist die Enthalpie der Bildung?

Dies ist die Wärme, die von einem System absorbiert oder abgegeben wird, wenn 1 Mol eines Produkts eines Stoffes aus seinen Elementen in ihrem normalen Aggregatzustand erzeugt wird. fest, flüssig, gasförmig, löslich oder in seinem stabilsten allotropen Zustand.

Der stabilste allotrope Zustand von Kohlenstoff ist Graphit, zusätzlich zu den normalen Bedingungen von Druck 1 Atmosphäre und 25 ° C Temperatur.

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

ΔH ° f = H final - H initial

Δ: Griechischer Buchstabe, der die Änderung oder Variation der Energie eines Endzustands und eines Anfangszustands symbolisiert. Der Index f bezeichnet die Verbindungsbildung und die hochgestellten oder Standardbedingungen.

Beispiel

Berücksichtigung der Bildungsreaktion von flüssigem Wasser

H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O (l) ΔH ° f = -285,84 kJ / mol

Reagenzien : Wasserstoff und Sauerstoff sein natürlicher Zustand ist gasförmig.

Produkt : 1 Mol flüssiges Wasser.

Es ist zu beachten, dass die Bildungsenthalpien gemäß der Definition für 1 Mol der hergestellten Verbindung gelten, so dass die Reaktion nach Möglichkeit mit Bruchkoeffizienten eingestellt werden muss, wie im vorherigen Beispiel gezeigt.

Exotherme und endotherme Reaktionen

In einem chemischen Prozess kann die Bildungsenthalpie positiv ΔHof> 0 sein, wenn die Reaktion endotherm ist, dh sie absorbiert Wärme aus dem Medium oder negativ ΔHof <0, wenn die Reaktion exotherm ist und eine Wärmeabgabe aus dem System aufweist.

Exotherme Reaktion

Reaktanten haben eine höhere Energie als Produkte.

ΔH ° f <0

Endotherme Reaktion

Die Reaktanten haben eine geringere Energie als die Produkte.

ΔH ° f> 0

Um eine chemische Gleichung korrekt zu schreiben, muss sie molar ausgeglichen sein. Damit das "Gesetz zur Erhaltung der Materie" erfüllt werden kann, muss es auch Informationen über den physikalischen Zustand der Reaktanten und Produkte enthalten, der als Aggregationszustand bezeichnet wird.

Es muss auch berücksichtigt werden, dass Reinsubstanzen unter Standardbedingungen und in ihrer stabilsten Form eine Bildungsenthalpie von Null aufweisen.

In einem chemischen System, in dem Reaktanten und Produkte vorhanden sind, ist die Reaktionsenthalpie gleich der Bildungsenthalpie unter Standardbedingungen.

ΔH ° rxn = ΔH ° f

Unter Berücksichtigung der oben genannten Punkte müssen wir:

ΔH ° rxn = ∑nprodukte H ∑reaktive Produkte Hreaktiv

Angesichts der folgenden fiktiven Reaktion

aA + bB cC

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

Der Ausdruck für die Reaktionsenthalpie lautet:

ΔH ° rxn = c ΔH ° f C (a ΔH ° f A + b ΔH ° f B)

Angenommen, 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 = -560 kJ.

Es entspricht dann einer exothermen Reaktion.

Bildungsenthalpie einiger anorganischer und organischer chemischer Verbindungen bei 25 ° C und 1 atm Druck

Übungen zur Berechnung der Enthalpie

Übung 1

Bestimmen Sie die Reaktionsenthalpie von NO2 (g) gemäß der folgenden Reaktion:

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

Unter Verwendung der Gleichung für die Reaktionsenthalpie haben wir:

ΔH ° rxn = ∑nprodukte H ∑reaktive Produkte Hreaktiv

ΔH ° rxn = 2 Mol (ΔH ° f NO2) - (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-GESETZ, das der Schweizer Chemiker Germain Henri Hess 1840 vorschlug.

Das Gesetz sagt: "Die Energie, die bei einem chemischen Prozess absorbiert oder abgegeben wird, bei dem die Reaktanten in Produkte umgewandelt werden, ist gleich, unabhängig davon, ob sie in einer oder in mehreren Stufen durchgeführt wird."

Übung 2

Die Zugabe von Wasserstoff zu Acetylen unter Bildung von Ethan kann in einem Schritt erreicht werden:

C 2 H 2 (g) + 2H 2 (g) H 3 CH 3 (g) & Dgr; H ° f = –311,42 KJ / mol

Oder es kann auch in zwei Schritten geschehen:

C 2 H 2 (g) + H 2 (g) H 2 C = CH 2 (g) & Dgr; H ° f = –174,47 KJ / mol

H 2 C = CH 2 (g) + H 2 (g) H 3 CH 3 (g) & Dgr; H ° f = –136,95 KJ / mol

Wenn wir beide Gleichungen algebraisch addieren, haben wir:

C 2 H 2 (g) + H 2 (g) H 2 C = CH 2 (g) & Dgr; H ° f = –174,47 KJ / mol

H 2 C = CH 2 (g) + H 2 (g) H 3 CH 3 (g) & Dgr; H ° f = –136,95 KJ / mol

C 2 H 2 (g) + 2H 2 (g) H 3 CH 3 (g) & Dgr; H ° rxn = 311,42 KJ / mol

Übung 3

(Entnommen aus quimitube.com. Aufgabe 26. Hess'sches Gesetz Thermodynamik)

Wie aus der Erklärung des Problems hervorgeht, erscheinen nur einige numerische Daten, die chemischen Reaktionen jedoch nicht, weshalb sie geschrieben werden müssen.

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

Der Wert der negativen Enthalpie wird geschrieben, weil das Problem besagt, dass Energie freigesetzt wird. Wir müssen auch berücksichtigen, dass es sich um 10 Gramm Ethanol handelt, daher müssen wir die Energie für jedes Mol Ethanol berechnen. Dazu wird folgendes getan:

Gesucht wird das Molgewicht von Ethanol (Summe der Atomgewichte), ein Wert gleich 46 g / mol.

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 vorherigen Reaktionen wurde die Verbrennung von Ethanol und Essigsäure beschrieben, so dass es notwendig ist, die Problemformel zu schreiben, die die Oxidation von Ethanol zu Essigsäure unter Erzeugung von Wasser ist.

Dies ist die Reaktion, nach der das 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;

Hess 'Rechtsanwendung

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

Die erste Gleichung bleibt dieselbe, da sich Ethanol auf der Reaktantenseite befindet, wie durch die Problemgleichung angegeben.

Die zweite Gleichung muss mit dem Koeffizienten -1 so multipliziert werden, dass die Essigsäure als Reaktant zum Produkt werden kann

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

- CH 3 COOH (1) - 2 O 2 (g) - 2 CO 2 (g) - 2H 2 O (1) & Dgr; H 2 = - (-840 KJ / mol)

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

-2H2O

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

CH 3 CH 3 OH (1) + O 2 (g) CH 3 COOH (1) + H 2 O (1)

Bestimmen Sie die Enthalpie der Reaktion.

Ebenso wie jede Reaktion mit dem numerischen Koeffizienten multipliziert wurde, 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 entstehen CO2 und H2O, bei der Oxidation eines primären Alkohols wie Ethanol Essigsäure

Verweise

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