Барлық химиялық реакциялар кезінде жылуды қоршаған ортадан алуға немесе қоршаған ортаға шығаруға болады. Химиялық реакция мен оның ортасы арасындағы жылу алмасу реакцияның энтальпиясы немесе Н деп аталады. Бірақ H -ты тікелей өлшеуге болмайды - оның орнына ғалымдар реакция температурасының уақыт бойынша өзгеруін энтальпияның өзгеруін табу үшін қолданады. Уақыт өте келе (ретінде жазылған) H). H көмегімен ғалым реакцияның жылу беретінін (немесе «экзотермиялық») немесе жылуды алатынын (немесе «эндотермиялық» екенін) анықтай алады. Жалпы алғанда, H = m x s x T, мұнда m - әрекеттесуші заттардың массасы, s - өнімдердің меншікті жылуы, ал Т - реакциядағы температураның өзгеруі.
Қадам
3 -ші әдіс 1: Энтальпия проблемаларын шешу
Қадам 1. Өнімдеріңіз бен әрекеттесетін заттардың реакциясын анықтаңыз
Кез келген химиялық реакция екі химиялық категорияны қамтиды - өнімдер мен реактивтер. Өнімдер - бұл реакциялар нәтижесінде пайда болатын химиялық заттар, ал реактивтер - бұл өнімдерді өндіру үшін біріктірілетін немесе бөлінетін химиялық заттар. Басқаша айтқанда, реакцияға түсетін реактивтер тағам рецептінің ингредиенттеріне ұқсайды, ал өнімдер дайын тағам. Реакцияның Н -ін табу үшін алдымен өнімдер мен әрекеттесуші заттарды анықтаңыз.
Мысалы, біз сутегі мен оттектен судың түзілу реакциясының энтальпиясын табамыз делік: 2H2 (Сутегі) + О2 (Оттегі) → 2H2O (Су). Бұл теңдеуде, H2 және O2 реагент болып табылады және H2O өнім болып табылады.
Қадам 2. Әрекеттесуші заттардың жалпы массасын анықтаңыз
Әрі қарай, реактивті заттардың массасын табыңыз. Егер сіз оның массасын білмесеңіз және оны ғылыми таразыда өлшей алмасаңыз, оның молярлық массасын қолдана отырып, оның нақты массасын таба аласыз. Молярлық масса - тұрақты периодтық жүйеде (бір элементтер үшін) және басқа химиялық көздерден (молекулалар мен қосылыстар үшін) табуға болатын тұрақты. Әр әрекеттесуші заттың молярлық массасын моль санына көбейтіп, әрекеттесуші заттардың массасын табу керек.
-
Су мысалында біздің реагенттер - сутегі мен оттегі газдары, олардың молярлық массасы 2 г және 32 г. Біз 2 моль сутегіні қолданатындықтан (H 2 коэффициенті бойынша2) және 1 моль оттегі (О -да коэффициенттердің жоқтығына қарағанда2), біз әрекеттесуші заттардың жалпы массасын келесідей есептей аламыз:
2 × (2г) + 1 × (32г) = 4г + 32г = 36г
Қадам 3. Өнімнің меншікті жылуын табыңыз
Әрі қарай, сіз талдайтын өнімнің меншікті жылуын табыңыз. Әрбір элементтің немесе молекуланың белгілі бір жылуы бар: бұл шама тұрақты болып табылады және әдетте химияны оқыту ресурстарында кездеседі (мысалы, химия оқулығының артындағы кестеде). Нақты жылуды есептеудің әртүрлі әдістері бар, бірақ біз қолданатын формула үшін біз Джоуль/грамм ° C бірлігін қолданамыз.
- Есіңізде болсын, егер сіздің теңдеуіңізде бірнеше өнім болса, әр өнімді шығаруға пайдаланылатын элементтердің реакциялары үшін энтальпияны есептеу керек, содан кейін реакцияның жалпы энтальпиясын табу үшін оларды қосыңыз.
- Біздің мысалда соңғы өнім су болып табылады, оның меншікті жылуы шамамен. 4,2 джоуль/грамм ° C.
Қадам 4. Реакциядан кейін температураның айырмасын табыңыз
Әрі қарай, біз Т -ны табамыз, реакцияға дейінгі және кейінгі температураның өзгеруі. Реакцияның бастапқы температурасын (немесе Т1) реакциядан кейінгі соңғы температурадан (немесе Т2) азайту үшін есептеңіз. Көптеген химиялық жұмыстардағыдай, Кельвин (К) температурасы қолданылады (дегенмен Цельсий (С) бірдей нәтиже береді).
-
Біздің мысал үшін, реакцияның бастапқы температурасы 185К, бірақ реакция аяқталғаннан кейін 95К дейін суытады делік. Бұл есепте Т келесі түрде есептеледі:
T = T2 - T1 = 95K - 185K = - 90 мың
Қадам 5. Шешу үшін H = m x s x T формуласын қолданыңыз
Егер сізде m, реакцияға түсетін заттардың массасы, s, өнімдердің меншікті жылуы және Т, реакция температурасының өзгеруі болса, онда сіз реакцияның энтальпиясын табуға дайынсыз. Мәндеріңізді H = m x s x T формуласына қосыңыз және шешу үшін көбейтіңіз. Сіздің жауабыңыз энергия бірліктерінде жазылған, атап айтқанда Джоуль (J).
-
Біздің мысал үшін реакцияның энтальпиясы:
H = (36г) × (4.2 JK-1 g-1) × (-90K) = - 13608 Дж
Қадам 6. Сіздің реакцияңыз энергия алатынын немесе жоғалатынын анықтаңыз
Әр түрлі реакциялар үшін Н есептеудің ең көп тараған себептерінің бірі - реакцияның экзотермиялық (энергияны жоғалтып, жылуды бөліп шығаратын) немесе эндотермиялық (энергия алып, жылуды сіңіретін) екенін анықтау. Егер Н үшін соңғы жауаптың белгісі оң болса, онда реакция эндотермиялық болады. Егер белгі теріс болса, реакция экзотермиялық болады. Сан неғұрлым көп болса, экзо- немесе эндотермиялық реакция соғұрлым жоғары болады. Күшті экзотермиялық реакцияларға абай болыңыз - олар кейде көп мөлшерде энергия бөледі, егер олар өте тез бөлінсе, жарылыс тудыруы мүмкін.
Біздің мысалда соңғы жауап -13608J. Белгі теріс болғандықтан, біздің реакциямыз екенін білеміз экзотермиялық. Бұл мағынасы бар - H.2 және О2 газ болып табылады, ал Х2O, өнім - бұл сұйықтық. Ыстық газ (бу түрінде) қоршаған ортаға жылу түрінде энергия бөлуі керек, оны салқындату үшін сұйықтық, яғни Н түзуге реакция.2O экзотермиялық.
3 -ші әдіс 2: Энтальпия мөлшерін бағалау
Қадам 1. Энтальпияны бағалау үшін байланыс энергиясын қолданыңыз
Химиялық реакциялардың барлығы дерлік атомдар арасындағы байланыстың пайда болуын немесе үзілуін қамтиды. Химиялық реакциялар кезінде энергияны бұзуға немесе жасауға болмайды, егер біз реакция кезінде байланыстарды құруға немесе үзуге қажет энергия мөлшерін білсек, жалпы реакция үшін энтальпияның өзгеруін жоғары дәлдікпен осы байланысты қосу арқылы бағалай аламыз. энергиялар.
-
Мысалы, реакцияда H қолданылады2 + F2 → 2HF. Бұл теңдеуде Н молекуласындағы Н атомдарын ыдыратуға қажет энергия2 436 кДж/моль, ал F үшін қажет энергия2 158 кДж/моль құрайды. Ақырында, H және F -тен HF түзуге қажетті энергия = -568 кДж/моль. Біз 2 -ге көбейтеміз, себебі теңдеудегі өнім 2 ГФ, сондықтан бұл 2 × -568 = -1136 кДж/моль. Олардың барлығын қосқанда, біз мынаны аламыз:
436 + 158 + -1136 = - 542 кДж/моль.
Қадам 2. Энтальпияны бағалау үшін формация энтальпиясын қолданыңыз
Қалыптасу энтальпиясы - бұл химиялық зат алу реакциясының энтальпиялық өзгерісін білдіретін H мәндерінің жиынтығы. Егер сіз теңдеудегі өнімдер мен реактивтерді өндіруге қажет түзілудің энтальпиясын білсеңіз, жоғарыда сипатталған байланыс энергиялары сияқты энтальпияны бағалау үшін оларды қосуға болады.
-
Мысалы, C қолданылатын теңдеу2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3 сағ2O. Бұл теңдеуде келесі реакцияның түзілу энтальпиясы екенін білеміз:
C2H5OH → 2C + 3H2 +0,5 О2 = 228 кДж/моль
2С + 2О2 → 2CO2 = -394 × 2 = -788 кДж/моль
3H2 +1,52 → 3H2O = -286 × 3 = -858 кДж/моль
Біз C алу үшін осы теңдеулерді жинақтай аламыз2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3 сағ2О, біз энтальпияны табуға тырысатын реакциядан, осы реакцияның энтальпиясын табу үшін жоғарыдағы түзілу реакциясының энтальпиясын қосу керек:
228 + -788 + -858 = - 1418 кДж/моль.
Қадам 3. Теңдеуді қайтару кезінде белгіні өзгертуді ұмытпаңыз
Реакцияның энтальпиясын есептеу үшін формация энтальпиясын қолданған кезде, элементтердің реакция теңдеуін кері қайтарған сайын, формация энтальпиясының белгісін өзгерту керектігін ескеру маңызды. Басқаша айтқанда, егер сіз реакциялардың түзілуінің бір немесе бірнеше теңдеулерін өнімдер мен әрекеттесуші заттар бірін -бірі жоққа шығаратындай етіп аударсаңыз, сіз алмастырып жатқан түзілу реакциясының энтальпиясының белгісін өзгертіңіз.
Жоғарыда келтірілген мысалда біз C үшін қолданылған түзілу реакциясын ескеріңіз2H5OH төңкеріп. C2H5OH → 2C + 3H2 +0,5 О2 C көрсету2H5OH бөлінген, қалыптаспаған. Өнімдер мен әрекеттесуші заттар бір -бірінен бас тартатындай етіп, біз бұл теңдеуді өзгерткендіктен, біз формация энтальпиясының белгісін 228 кДж/моль етіп өзгерттік. Шын мәнінде, С үшін формация энтальпиясы2H5OH -228 кДж/моль.
3 -ші әдіс 3: Эксперименттердегі энтальпиялық өзгерісті бақылау
Қадам 1. Таза контейнерді алып, оны сумен толтырыңыз
Энтальпия принципін қарапайым эксперимент арқылы көру оңай. Эксперименттік реакцияңыздың сыртқы заттармен ластанбауын қамтамасыз ету үшін сіз қолданатын ыдыстарды тазалап, зарарсыздандырыңыз. Ғалымдар энтальпияны өлшеу үшін калориметр деп аталатын арнайы мөрленген контейнерлерді қолданады, бірақ кез келген шыны немесе кішкене пробиркадан жақсы нәтиже алуға болады. Қандай контейнер қолдансаңыз да, оны бөлме температурасындағы таза сумен толтырыңыз. Сіз сондай -ақ суық температурасы бар бөлмеде тәжірибе жасауыңыз керек.
Бұл эксперимент үшін сізге кішкене контейнер қажет болады. Біз Алка-Зельцердің энтальпиялық өзгерісінің суға әсерін зерттейміз, сондықтан сіз суды аз қолдансаңыз, температураның өзгеруі соғұрлым айқын болады
Қадам 2. Термометрді контейнерге салыңыз
Термометрді алып, контейнерге термометрдің ұшы су астында қалатындай етіп орнатыңыз. Судың температурасын оқыңыз - біздің мақсатымыз үшін судың температурасы реакцияның бастапқы температурасы Т1 -мен белгіленеді.
Айталық, біз судың температурасын өлшейміз және нәтиже 10 градус C. Бірнеше қадамда біз энтальпия принципін дәлелдеу үшін осы температуралық көрсеткіштерді қолданамыз
Қадам 3. Контейнерге бір Alka-Seltzer қосыңыз
Экспериментті бастауға дайын болған кезде, суға Alka-Seltzer тастаңыз. Сіз бірден астықтың көпіршік пен ысқырықты байқайсыз. Моншақтар суда ерігенде олар химиялық бикарбонатқа (HCO.) Ыдырайды.3-) және лимон қышқылы (сутек иондары түрінде әрекеттеседі, Н+). Бұл химиялық заттар 3HCO теңдеуінде су мен көмірқышқыл газын түзуге әрекеттеседі3− + 3 сағ+ → 3H2O + 3CO2.
Қадам 4. Реакция аяқталғаннан кейін температураны өлшеңіз
Реакция қалай жүріп жатқанын бақылаңыз - Alka -Seltzer түйіршіктері баяу ериді. Дән реакциясы аяқталғаннан кейін (немесе баяулады), температураны қайтадан өлшеңіз. Су бұрынғыға қарағанда суық болуы керек. Егер ол жылы болса, экспериментке сыртқы күштер әсер етуі мүмкін (мысалы, сіз тұрған бөлме жылы болса).
Біздің эксперименттік мысал үшін, астықтың жарылуы тоқтағаннан кейін судың температурасы 8 градус С дейік
Қадам 5. Реакцияның энтальпиясын бағалаңыз
Идеал экспериментте сіз Alka-Seltzer дәнін суға тастағанда, ол су мен көмірқышқыл газын түзеді (газды ысқырған көпіршікті байқауға болады) және судың температурасының төмендеуіне әкеледі. Бұл ақпараттан біз реакция эндотермиялық деп ойлаймыз, яғни ол қоршаған ортадан энергия сіңіреді. Еріген сұйық реагенттер газ тәрізді өнім алу үшін қосымша энергияны қажет етеді, сондықтан олар энергияны қоршаған ортадан жылу түрінде сіңіреді (бұл тәжірибеде су). Бұл судың температурасының төмендеуіне әкеледі.
