เอนทาลปีของปฏิกิริยา: นิยามเทอร์โมเคมีแบบฝึกหัด - กายภาพ - 2026

เอนทัลปีของการเกิดปฏิกิริยาเป็นฟังก์ชั่นทางอุณหพลศาสตร์ที่ช่วยให้การคำนวณความร้อนได้รับหรือส่งในปฏิกิริยาเคมีโดยมีเงื่อนไขว่าปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นที่ความดันคงที่ ถูกกำหนดให้เป็นพลังงานภายใน U บวกผลคูณของความดัน P โดยปริมาตร V ของสารที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเคมีดังนี้ H = U + P ∙ V

ดังนั้นเอนทัลปีจึงมีขนาดของพลังงานและในระบบการวัดระหว่างประเทศจะวัดเป็นจูล เพื่อให้เข้าใจถึงความสัมพันธ์ของเอนทาลปีกับความร้อนที่แลกเปลี่ยนในปฏิกิริยาทางเคมีจำเป็นต้องจำกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์ซึ่งระบุสิ่งต่อไปนี้: Q = ΔU + W

รูปที่ 1. ในการเผาไหม้ของก๊าซเอนทัลปีจะลดลง ที่มา: pixabay

กฎข้อแรกกำหนดว่าความร้อนที่แลกเปลี่ยนในกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์เท่ากับการแปรผันของพลังงานภายในของสารที่เกี่ยวข้องในกระบวนการบวกกับงานที่ทำโดยสารเหล่านี้ในกระบวนการ

ในกระบวนการใด ๆ งาน W คำนวณโดยความสัมพันธ์ต่อไปนี้:

ในนิพจน์ข้างต้น Vi คือปริมาตรเริ่มต้น Vf ปริมาตรสุดท้ายและ P ความดัน หากกระบวนการดำเนินการที่ความดันคงที่ P ผลงานที่ได้จะเป็น:

โดยที่ΔVคือการเปลี่ยนแปลงของระดับเสียง

คำนิยาม

ปฏิกิริยาเคมีเป็นกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ที่โดยทั่วไปเกิดขึ้นที่ความดันคงที่และบ่อยครั้งที่ความดันบรรยากาศ กระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ประเภทนี้เรียกว่า "ไอโซบาริก" เนื่องจากเกิดขึ้นที่ความดันคงที่

ในกรณีนี้กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์สามารถเขียนได้ดังนี้:

Qp = ΔU + P ∙ΔV

โดย Qp แสดงว่ามีการแลกเปลี่ยนความร้อนที่ความดันคงที่ หากนิยามของเอนทาลปี H = U + P ∙ V ถูกนำมาใช้ในนิพจน์ก่อนหน้านี้เราจะได้รับ:

Qp = ΔH

ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีในเชิงบวกบ่งชี้ถึงปฏิกิริยาที่ได้รับความร้อนจากสิ่งแวดล้อม นี่คือปฏิกิริยาดูดความร้อน

ในทางตรงกันข้ามหากการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีเป็นลบแสดงว่าเป็นปฏิกิริยาคายความร้อน

ในความเป็นจริงคำว่าเอนทัลปีมาจากคำภาษากรีกเอนทาลเปียนซึ่งแปลว่า "ให้ความร้อน"

เอนทัลปีมักเรียกว่าความร้อน แต่ควรชัดเจนว่ามันไม่เหมือนกับความร้อน แต่เป็นการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ที่เปลี่ยนเอนทาลปี

ความสัมพันธ์กับความร้อน

ซึ่งแตกต่างจากความร้อนเอนทัลปีเป็นหน้าที่ของสถานะ เมื่อคุณคำนวณการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีคุณกำลังคำนวณความแตกต่างของสองฟังก์ชันที่ขึ้นอยู่กับสถานะของระบบเท่านั้นเช่นพลังงานภายในและปริมาตร

ΔH = ΔU + P ∙ΔV

เนื่องจากความดันยังคงคงที่ในปฏิกิริยาดังนั้นเอนทัลปีของปฏิกิริยาจึงเป็นหน้าที่ของสถานะที่ขึ้นอยู่กับพลังงานภายในและปริมาตรเท่านั้น

ในปฏิกิริยาทางเคมีเอนทัลปีของสารตั้งต้นสามารถกำหนดเป็นผลรวมของแต่ละตัวได้ และของผลิตภัณฑ์เป็นผลรวมของเอนทัลปีของผลิตภัณฑ์ทั้งหมด

การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีในปฏิกิริยาคือความแตกต่างของผลิตภัณฑ์ลบด้วยสารตั้งต้น:

รูปที่ 2. แผนภาพเอนทัลปี ที่มา: self made.

ในปฏิกิริยาดูดความร้อนเอนทัลปีของผลิตภัณฑ์มีค่ามากกว่าสารตั้งต้น นั่นคือปฏิกิริยารับความร้อนจากสิ่งแวดล้อม ในทางตรงกันข้ามในปฏิกิริยาคายความร้อนเอนทัลปีของสารตั้งต้นจะมากกว่าของผลิตภัณฑ์เนื่องจากปฏิกิริยาดังกล่าวให้ความร้อนแก่สิ่งแวดล้อม

เอนทัลปีมาตรฐาน

เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีในปฏิกิริยาเคมีอาจขึ้นอยู่กับความดันและอุณหภูมิจึงเป็นเรื่องปกติที่จะกำหนดเงื่อนไขของปฏิกิริยามาตรฐาน:

อุณหภูมิปฏิกิริยามาตรฐาน: 25 ° C

ความดันปฏิกิริยามาตรฐาน: 1 atm = 1 bar

เอนทาลปีมาตรฐานแสดงดังนี้: H °

อุณหเคมี

ในสมการทางเคมีไม่เพียง แต่สารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์เท่านั้นการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีก็มีความสำคัญเช่นกัน เข้าใจว่าเอนทัลปีเป็นปฏิกิริยาต่อการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นระหว่างนั้น

ตัวอย่างเช่นลองดูปฏิกิริยาต่อไปนี้:

2 H2 (แก๊ส) + O2 (แก๊ส) → 2 H2O (ของเหลว); ΔH° = -571.6 kJ (คายความร้อน)

H2 (แก๊ส) + (½) O2 (แก๊ส) → H2O (ของเหลว); ΔH° = -285.8 kJ (คายความร้อน)

2 H2O (ของเหลว) → 2 H2 (แก๊ส) + O2 (แก๊ส); ΔH° = +571.6 kJ (ความร้อนใต้พิภพ)

เอนทัลปีเป็นปริมาณทางอุณหพลศาสตร์ที่กว้างขวาง

ถ้าเงื่อนไขของสมการเคมีคูณหรือหารด้วยปัจจัยบางอย่างเอนทาลปีจะถูกคูณหรือหารด้วยค่าเดียวกัน

หากปฏิกิริยากลับกันสัญญาณของเอนทาลปีของปฏิกิริยาก็จะกลับรายการเช่นกัน

แบบฝึกหัดที่แก้ไข

- การออกกำลังกาย 1

ก๊าซอะเซทิลีน C2H2 ได้จากปฏิกิริยาของแคลเซียมคาร์ไบด์ CaC2 ที่มาในรูปแบบเม็ดกับน้ำที่อุณหภูมิและความดันโดยรอบ

ตามข้อมูลเรามีเอนทัลปีของการก่อตัวของสารตั้งต้น:

ΔH° (CaC2) = -59.0 กิโลจูล / โมล

ΔH° (H20) = -285.8 กิโลจูล / โมล

และเอนทัลปีของการก่อตัวของผลิตภัณฑ์:

ΔH° (C2H2) = +227.0 กิโลจูล / โมล

ΔH° (Ca (OH) 2) = -986.0 กิโลจูล / โมล

ค้นหาเอนโทรปีมาตรฐานของปฏิกิริยา

สารละลาย

สิ่งแรกคือการเพิ่มสมการทางเคมีที่สมดุล:

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

และตอนนี้เอนทัลปีของสารตั้งต้นผลิตภัณฑ์และปฏิกิริยา:

- รีเอเจนต์: -59.0 kJ / mol -2 ∙ 285.8 kJ / mol = -630.6 kJ / mol

- ผลิตภัณฑ์: -986.0 kJ / mol + 227.0 kJ / mol = -759 kJ / mol

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

มันเป็นปฏิกิริยาคายความร้อน

- การออกกำลังกาย 2

เมื่ออะเซทิลีน 1 ลิตรถูกเผาภายใต้สภาวะมาตรฐานจะปล่อยความร้อนเท่าไร?

สารละลาย

เมื่อสมดุลแล้วปฏิกิริยาการเผาไหม้ของอะเซทิลีนจะมีลักษณะดังนี้:

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

เราต้องการเอนทาลปีของการก่อตัวของผลิตภัณฑ์:

ΔH° (CO2) = -393.5 กิโลจูล / โมล

ΔH° (H2O (l)) = -285.8 กิโลจูล / โมล

การคำนวณเอนทาลปี

ด้วยข้อมูลเหล่านี้เราสามารถคำนวณเอนทัลปีของผลิตภัณฑ์ได้:

ΔH° (ผลิตภัณฑ์) = 2 * (- 393.5 kJ / mol) + (-285.8 kJ / mol) = -1072.8 kJ / mol

และเอนทัลปีของการก่อตัวของสารตั้งต้น:

ΔH° (C2H2) = 227.0 กิโลจูล / โมล

ΔH° (O2) = 0.0 กิโลจูล / โมล

เอนทัลปีของสารตั้งต้นจะเป็น:

227.0 กิโลจูล / โมล + (5/2) * 0.0 = 227.0 กิโลจูล / โมล

เอนทาลปีของปฏิกิริยากรามจะเป็น: ΔH° (ผลิตภัณฑ์) - ΔH° (สารตั้งต้น) = -1072.8kJ / mol - 227.0 kJ / mol = -1299.8 kJ / mol

เอนทัลปีของการเผาไหม้

ตอนนี้เราต้องรู้ว่าอะเซทิลีนเป็นลิตรของอะเซทิลีนกี่โมลภายใต้เงื่อนไขมาตรฐาน สำหรับสิ่งนี้เราจะใช้สมการสถานะของก๊าซในอุดมคติซึ่งเราจะแก้จำนวนโมล

จำนวนโมล n = P * V / (R * T)

P = 1 atm = 1.013 x 10⁵ Pa

V = 1 ล. = 1.0 x 10 ^ -3 ม

R = 8.31 J / (โมล * K)

T = 25 ° C = 298.15 K

n = 0.041 โมล

เอนทัลปีของการเผาไหม้ของอะเซทิลีน 1 ลิตรคือ 0.041 mol * (-1299.8 kJ / mol) = -53.13 kJ

เครื่องหมายลบแสดงว่าเป็นปฏิกิริยาคายความร้อนที่ปล่อย 53.13 kJ = 12.69 kcal

อ้างอิง

1. เกาลัด E. Enthalpy ในปฏิกิริยาทางเคมี. สืบค้นจาก: lidiaconlaquimica.wordpress.com
2. อุณหเคมี เอนทัลปีของปฏิกิริยา กู้คืนจาก: recursostic.educacion.es
3. อุณหเคมี ความหมายของเอนทาลปีปฏิกิริยามาตรฐาน สืบค้นจาก: quimitube.com
4. วิกิพีเดีย เอนทัลปีมาตรฐานของปฏิกิริยา สืบค้นจาก: wikipedia.com
5. วิกิพีเดีย การก่อตัวเอนทาลปี สืบค้นจาก: wikipedia.com