Bütün kimyəvi reaksiyalarda istilik ətrafdan alına bilər və ya ətrafa buraxıla bilər. Kimyəvi bir reaksiya ilə ətraf mühit arasında istilik mübadiləsi reaksiyanın entalpiyası və ya H olaraq bilinir. Ancaq H birbaşa ölçülə bilməz - bunun əvəzinə elm adamları entalpi dəyişikliyini tapmaq üçün zamanla reaksiyanın temperaturunun dəyişməsini istifadə edirlər. zaman keçdikcə (kimi yazılmışdır H). H ilə bir elm adamı, bir reaksiyanın istilik verdiyini (və ya "ekzotermik" olduğunu) və ya istilik alacağını (və ya "endotermik" olduğunu) təyin edə bilər. Ümumiyyətlə, H = m x s x T, burada m - reaktivlərin kütləsi, s - məhsulların xüsusi istiliyi, T - reaksiyada temperaturun dəyişməsidir.
Addım
Metod 1 /3: Entalpi problemlərinin həlli
Addım 1. Məhsullarınızın və reaktivlərin reaksiyasını təyin edin
İstənilən kimyəvi reaksiya iki kimyəvi kateqoriyadan ibarətdir - məhsullar və reaktivlər. Məhsullar reaksiyalar nəticəsində yaranan kimyəvi maddələrdir, reaktivlər isə məhsul istehsal etmək üçün birləşən və ya parçalanan kimyəvi maddələrdir. Başqa sözlə, reaksiyanın reaktivləri bir qida reseptinin tərkib hissələrinə bənzəyir, məhsullar isə bitmiş qidadır. Bir reaksiyanın H -ni tapmaq üçün əvvəlcə məhsulları və reaktivləri müəyyənləşdirin.
Məsələn, hidrogen və oksigendən suyun əmələ gəlməsi reaksiyasının entalpiyasını tapacağımızı söyləyin: 2H2 (Hidrogen) + O2 (Oksigen) → 2H2O (Su). Bu tənlikdə, H2 və O2 reaktivdir və H2O bir məhsuldur.
Addım 2. Reaktivlərin ümumi kütləsini təyin edin
Sonra, reaktiv maddələrin kütləsini tapın. Kütləsini bilmirsinizsə və elmi miqyasda çəkə bilmirsinizsə, onun kütləsini istifadə edərək həqiqi kütləsini tapa bilərsiniz. Molar kütlə, müntəzəm dövri cədvəldə (tək elementlər üçün) və digər kimyəvi mənbələrdə (molekullar və birləşmələr üçün) tapıla bilən sabitdir. Reaktivlərin kütləsini tapmaq üçün hər bir reaktivin molar kütləsini mol sayına vurmaq kifayətdir.
-
Su nümunəsində, reaktivlərimiz 2 q və 32 q molar kütlələri olan hidrogen və oksigen qazlarıdır. 2 mol hidrogen istifadə etdiyimiz üçün (H -də 2 əmsalına görə)2) və 1 mol oksigen (O -da əmsalların olmamasına görə)2), reaktivlərin ümumi kütləsini aşağıdakı kimi hesablaya bilərik:
2 × (2g) + 1 × (32g) = 4g + 32g = 36 q
Addım 3. Məhsulunuzun xüsusi istiliyini tapın
Sonra təhlil etdiyiniz məhsulun xüsusi istiliyini tapın. Hər bir elementin və ya molekulun xüsusi bir istiliyi var: bu dəyər sabitdir və ümumiyyətlə kimya öyrənmə mənbələrində olur (məsələn, kimya dərsliyinin arxasındakı cədvəldə). Xüsusi istiliyi hesablamağın müxtəlif yolları var, amma istifadə etdiyimiz düstur üçün Joule/qram ° C vahidindən istifadə edirik.
- Diqqət yetirin ki, tənliyinizdə birdən çox məhsul varsa, hər bir məhsulu istehsal etmək üçün istifadə olunan elementlərin reaksiyaları üçün entalpiyanı hesablamalısınız və sonra reaksiyanın ümumi entalpisini tapmaq üçün bunları əlavə etməlisiniz.
- Bizim nümunəmizdə, son məhsul təxminən müəyyən bir istiliyə malik olan sudur. 4.2 joule/qram ° C.
Addım 4. Reaksiya meydana gəldikdən sonra temperatur fərqini tapın
Sonra, reaksiyadan əvvəl və sonra temperatur dəyişikliyini T tapacağıq. Hesablamaq üçün reaksiyanın başlanğıc temperaturunu (və ya T1) reaksiyadan sonra (və ya T2) keçən son temperaturdan çıxarın. Əksər kimyəvi işlərdə olduğu kimi, Kelvin (K) temperaturu istifadə olunur (Selsi (C) eyni nəticə versə də).
-
Bizim nümunəmiz üçün deyək ki, reaksiyanın ilkin temperaturu 185K -dır, lakin reaksiya tamamlandıqda 95K -ya qədər soyuyur. Bu problemdə T aşağıdakı kimi hesablanır:
T = T2 - T1 = 95K - 185K = - 90 min
Addım 5. Həll etmək üçün H = m x s x T düsturundan istifadə edin
Əgər m, reaktivlərin kütləsi, s, məhsulların xüsusi istiliyi və T, reaksiyanın temperatur dəyişikliyi varsa, reaksiyanın entalpiyasını tapmağa hazırsınız. Dəyərlərinizi H = m x s x T düsturuna daxil edin və həll etmək üçün vurun. Cavabınız enerji vahidləri ilə yazılmışdır, yəni Joules (J).
-
Nümunə problemimiz üçün reaksiyanın entalpiyası belədir:
H = (36g) × (4.2 JK-1 g-1) × (-90K) = - 13.608 J
Addım 6. Reaksiyanızın enerji aldığını və ya itirdiyini təyin edin
Müxtəlif reaksiyalar üçün H -nin hesablanmasının ən çox yayılmış səbəblərindən biri, reaksiyanın ekzotermik (enerjini itirən və istiliyi buraxan) və ya endotermik (enerji qazanaraq istiliyi udur) olub olmadığını müəyyən etməkdir. H üçün son cavabınızın əlaməti müsbətdirsə, reaksiya endotermikdir. Eyni zamanda, işarə mənfi olarsa, reaksiya ekzotermikdir. Sayı nə qədər böyükdürsə, ekzo və ya endotermik reaksiya da bir o qədər yüksəkdir. Güclü ekzotermik reaksiyalarla diqqətli olun - bəzən çox miqdarda enerji buraxırlar ki, bu da çox tez buraxılarsa partlayışa səbəb ola bilər.
Misalımızda son cavab -13608J -dir. İşarə mənfi olduğu üçün reaksiyamızın mənfi olduğunu bilirik ekzotermik. Bu məntiqlidir - H.2 və O2 qazdır, halbuki H.2O, məhsul bir mayedir. İsti qaz (buxar şəklində) ətraf mühitə istilik şəklində enerji buraxmalı, sərinləmək üçün bir maye meydana gətirməlidir, yəni H əmələ gətirmək reaksiyası.2O ekzotermikdir.
Metod 2 /3: Entalpi Ölçüsünün Hesablanması
Addım 1. Entalpiyanı qiymətləndirmək üçün bağ enerjilərindən istifadə edin
Demək olar ki, bütün kimyəvi reaksiyalar atomlar arasındakı bağların yaranmasını və ya qırılmasını əhatə edir. Kimyəvi reaksiyalarda enerji məhv edilə bilməz və ya yaradıla bilməz, əgər bir reaksiyada bağ yaratmaq və ya qırmaq üçün lazım olan enerji miqdarını bilsək, bu əlaqəni əlavə edərək ümumi reaksiya üçün entalpiya dəyişikliyini yüksək dəqiqliklə təxmin edə bilərik. enerjilər.
-
Məsələn, reaksiyada H istifadə olunur2 + F2 → 2HF Bu tənlikdə, H molekulundakı H atomlarını parçalamaq üçün lazım olan enerji2 436 kJ/mol, F üçün lazım olan enerji isə2 158 kJ/mol təşkil edir. Nəhayət, H və F -dən HF yaratmaq üçün lazım olan enerji = -568 kJ/mol təşkil edir. Tənlikdəki məhsul 2 HF olduğu üçün 2 ilə çarpırıq, buna görə 2 × -568 = -1136 kJ/mol. Hamısını bir araya gətirərək əldə edirik:
436 + 158 + -1136 = - 542 kJ/mol.
Addım 2. Entalpi qiymətləndirmək üçün formalaşma entalpiyasından istifadə edin
Formalaşma entalpiyası, kimyəvi maddə istehsal etmək üçün reaksiyanın entalpiya dəyişikliyini ifadə edən H dəyərlər toplusudur. Tənlikdəki məhsulları və reaktivləri istehsal etmək üçün lazım olan formalaşma entalpiyasını bilirsinizsə, yuxarıda təsvir olunan bağ enerjiləri kimi entalpiyanı qiymətləndirmək üçün bunları əlavə edə bilərsiniz.
-
Məsələn, C istifadə olunan tənlik2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O. Bu tənlikdə bilirik ki, aşağıdakı reaksiya üçün meydana gəlmənin entalpiyası:
C2H5OH → 2C + 3H2 +0.5O2 = 228 kJ/mol
2C + 2O2 → 2CO2 = -394 × 2 = -788 kJ/mol
3H2 +1.5 O2 → 3H2O = -286 × 3 = -858 kJ/mol
C almaq üçün bu tənlikləri cəmləyə bildiyimiz üçün2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2Ey, entalpiyanı tapmağa çalışdığımız reaksiyadan, bu reaksiyanın entalpiyasını tapmaq üçün yuxarıdakı formalaşma reaksiyasının entalpisini aşağıdakı kimi əlavə etməliyik:
228 + -788 + -858 = - 1418 kJ/mol.
Addım 3. Tənliyi geri çevirərkən işarəni dəyişdirməyi unutmayın
Qeyd etmək vacibdir ki, reaksiyanın entalpiyasını hesablamaq üçün formalaşma entalpiyasından istifadə edərkən, elementlərin reaksiya tənliyini tərsinə çevirdiyiniz zaman formalaşma entalpiyasının işarəsini dəyişdirməlisiniz. Başqa sözlə, məhsulların və reaktivlərin bir -birini ləğv etməsi üçün bir və ya daha çox tənliyinizi tərsinə çevirsəniz, dəyişdirdiyiniz formalaşma reaksiyasının entalpiyasının işarəsini dəyişdirin.
Yuxarıdakı nümunədə, C üçün istifadə etdiyimiz formalaşma reaksiyasına diqqət yetirin2H5OH tərsinə. C2H5OH → 2C + 3H2 +0.5O2 göstər C.2H5OH bölünür, əmələ gəlmir. Məhsulların və reaktivlərin bir -birini ləğv etməsi üçün bu tənliyi tərsinə çevirdiyimiz üçün əmələgəlmə entalpiyasının işarəsini dəyişərək 228 kJ/mol verdik. Əslində, C üçün meydana gəlmənin entalpiyası2H5OH -228 kJ/mol təşkil edir.
Metod 3 /3: Təcrübələrdə Entalpi Dəyişikliyinin Müşahidəsi
Addım 1. Təmiz bir qab götürün və su ilə doldurun
Sadə bir təcrübə ilə entalpiya prinsipini görmək asandır. Təcrübə reaksiyanızın xarici maddələrlə çirklənməməsini təmin etmək üçün istifadə etmək istədiyiniz qabları təmizləyin və sterilizasiya edin. Elm adamları entalpi ölçmək üçün kalorimetr adlanan xüsusi möhürlənmiş qablardan istifadə edirlər, ancaq istənilən şüşə və ya kiçik sınaq borusu ilə yaxşı nəticələr əldə edə bilərsiniz. Hansı konteynerdən istifadə edirsinizsə, onu otaq temperaturunda təmiz su ilə doldurun. Soyuq bir otaqda da təcrübə etməlisiniz.
Bu təcrübə üçün kifayət qədər kiçik bir konteynerə ehtiyacınız olacaq. Alka-Seltzerin entalpiya dəyişikliyinin suya təsirini araşdıracağıq, buna görə nə qədər az su istifadə etsəniz, temperatur dəyişikliyi o qədər aydın olar
Addım 2. Termometrini konteynerə daxil edin
Bir termometr götürün və konteynerə qoyun ki, termometrin ucu suyun altında olsun. Suyun temperaturunu oxuyun - məqsədlərimiz üçün suyun temperaturu reaksiyanın başlanğıc temperaturu T1 ilə göstərilir.
Tutaq ki, suyun temperaturunu ölçürük və nəticə 10 dərəcədir. Bir neçə addımda entalpiya prinsipini sübut etmək üçün bu temperatur göstəricilərindən istifadə edəcəyik
Addım 3. Konteynerə bir Alka-Seltzer əlavə edin
Təcrübəyə başlamağa hazır olduğunuzda, suya bir Alka-Seltzer atın. Taxılın köpükləndiyini və tıslandığını dərhal görəcəksiniz. Boncuklar suda həll edildikdə kimyəvi bikarbonata (HCO.) Parçalanırlar.3-) və limon turşusu (hidrogen ionları şəklində reaksiya verən H+). Bu kimyəvi maddələr 3HCO tənliyində su və karbon dioksid qazı əmələ gətirir3− + 3H+ → 3H2O + 3CO2.
Addım 4. Reaksiya başa çatdıqda temperaturu ölçün
Reaksiyanın necə davam etdiyini izləyin - Alka -Seltzer qranulları yavaş -yavaş həll olacaq. Taxıl reaksiyası bitən kimi (və ya yavaşladıqda) yenidən temperaturu ölçün. Su əvvəlkindən daha soyuq olmalıdır. İsti olsa, təcrübə xarici qüvvələrdən təsirlənə bilər (məsələn, olduğunuz otaq isti olarsa).
Təcrübəli nümunəmiz üçün, taxılların donmasını dayandırdıqdan sonra suyun temperaturunun 8 dərəcə C olduğunu söyləyək
Addım 5. Reaksiyanın entalpiyasını qiymətləndirin
İdeal bir təcrübədə, bir Alka-Seltzer taxılını suya atdığınızda, su və karbon dioksid qazı əmələ gətirir (qazın sızlayan bir baloncuk kimi müşahidə edilə bilər) və suyun istiliyinin düşməsinə səbəb olur. Bu məlumatdan, reaksiyanın endotermik olduğunu təxmin edirik - yəni ətrafdakı enerjini udur. Çözülmüş maye reaktivlər qazlı bir məhsul istehsal etmək üçün əlavə enerji tələb edir, buna görə də enerjini ətrafdan istilik şəklində udurlar (bu təcrübədə su). Bu da suyun temperaturunun aşağı düşməsinə səbəb olur.
