เอนทัลปีของการก่อตัวคืออะไร? (พร้อมแบบฝึกหัด) - กายภาพ - 2026

การสร้างเอนทาลปีคือการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีที่เกิดขึ้นในการก่อตัวของสารประกอบหรือสารหนึ่งโมลภายใต้สภาวะมาตรฐาน โดยสภาวะความดันมาตรฐานจะเข้าใจได้เมื่อปฏิกิริยาการก่อตัวเกิดขึ้นที่ความดันบรรยากาศของบรรยากาศหนึ่งและที่อุณหภูมิห้อง 25 องศาเซลเซียสหรือ 298.15 เคลวิน

สถานะปกติขององค์ประกอบปฏิกิริยาในปฏิกิริยาการก่อตัวหมายถึงสถานะการรวมตัวที่พบบ่อยที่สุด (ของแข็งของเหลวหรือก๊าซ) ของสารเหล่านี้ภายใต้สภาวะความดันและอุณหภูมิมาตรฐาน

ในปฏิกิริยาการก่อตัวของสารประกอบความร้อนจะถูกแลกเปลี่ยนกับสิ่งแวดล้อม ที่มา: pixabay

สภาวะปกติยังหมายถึงรูปแบบ allotropic ที่เสถียรที่สุดขององค์ประกอบปฏิกิริยาเหล่านี้ภายใต้สภาวะปฏิกิริยามาตรฐาน

เอนทาลปี H เป็นฟังก์ชันทางอุณหพลศาสตร์ที่กำหนดให้เป็นพลังงานภายใน U บวกผลคูณของความดัน P และปริมาตร V ของสารที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาทางเคมีของการก่อตัวของโมลของสาร:

H = U + P ∙ V

เอนทัลปีมีขนาดของพลังงานและในระบบการวัดระหว่างประเทศจะวัดเป็นจูล

เอนทัลปีมาตรฐาน

สัญลักษณ์สำหรับเอนทาลปีคือ H แต่ในกรณีเฉพาะของเอนทาลปีของการก่อตัวจะแสดงโดยΔH0fเพื่อระบุว่าหมายถึงการเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากฟังก์ชันทางอุณหพลศาสตร์นี้ในปฏิกิริยาการก่อตัวของโมลของสารประกอบบางชนิดภายใต้เงื่อนไขมาตรฐาน

ในสัญกรณ์ตัวยก 0 หมายถึงเงื่อนไขมาตรฐานและตัวห้อย f บ่งชี้การก่อตัวของสารหนึ่งโมลโดยเริ่มจากสารตั้งต้นในสถานะการรวมตัวและรูปแบบ allotropic ที่เสถียรที่สุดของสารตั้งต้นภายใต้เงื่อนไขมาตรฐาน

ความร้อนของการก่อตัว

กฎข้อแรกกำหนดว่าความร้อนที่แลกเปลี่ยนในกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์เท่ากับการแปรผันของพลังงานภายในของสารที่เกี่ยวข้องในกระบวนการบวกกับงานที่ทำโดยสารเหล่านี้ในกระบวนการ:

ถาม = ΔU + W.

ในกรณีปัจจุบันปฏิกิริยาจะดำเนินการที่ความดันคงที่โดยเฉพาะที่ความดันของบรรยากาศหนึ่งดังนั้นงานจะเป็นผลคูณของความดันและการเปลี่ยนแปลงของปริมาตร

จากนั้นความร้อนของการก่อตัวของสารประกอบบางอย่างที่เราจะแสดงโดย Q0f นั้นเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของพลังงานและปริมาตรภายในด้วยวิธีต่อไปนี้:

Q0f = ΔU + P ΔV

แต่การจดจำคำจำกัดความของเอนทาลปีมาตรฐานเรามีว่า:

Q0f = ΔH0f

ความแตกต่างระหว่างเอนทาลปีและความร้อนของการก่อตัว

นิพจน์นี้ไม่ได้หมายความว่าความร้อนของการก่อตัวและเอนทัลปีของการก่อตัวจะเหมือนกัน การตีความที่ถูกต้องคือความร้อนที่แลกเปลี่ยนระหว่างปฏิกิริยาการก่อตัวทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในเอนโทรปีของสารที่เกิดขึ้นเมื่อเทียบกับสารตั้งต้นภายใต้สภาวะมาตรฐาน

ในทางกลับกันเนื่องจากเอนทาลปีเป็นฟังก์ชันทางอุณหพลศาสตร์ที่กว้างขวางความร้อนของการก่อตัวจึงหมายถึงหนึ่งโมลของสารประกอบที่เกิดขึ้นเสมอ

หากปฏิกิริยาการก่อตัวเป็นแบบคายความร้อนเอนทัลปีของการก่อตัวจะเป็นลบ

ในทางตรงกันข้ามถ้าปฏิกิริยาการก่อตัวเป็นสารดูดความร้อนเอนทัลปีของการก่อตัวจะเป็นบวก

สมการทางเคมี

ในสมการการสร้างทางเคมีไม่เพียง แต่ต้องระบุสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์เท่านั้น ประการแรกจำเป็นที่จะต้องมีสมการเคมีสมดุลในลักษณะที่ปริมาณของสารประกอบที่เกิดขึ้นเป็น 1 โมลเสมอ

ในทางกลับกันสถานะของการรวมตัวของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์จะต้องระบุไว้ในสมการเคมี หากจำเป็นต้องระบุรูปแบบ allotropic ที่เหมือนกันเนื่องจากความร้อนของการก่อตัวขึ้นอยู่กับปัจจัยเหล่านี้ทั้งหมด

ในสมการการสร้างทางเคมีต้องระบุเอนทัลปีของการก่อตัวด้วย

ลองดูตัวอย่างของสมการทางเคมีที่มีการจัดวางอย่างดี:

H2 (g) + ½ O2 (ก.) → H2O (g); ΔH0f = -241.9 กิโลจูล / โมล

H2 (g) + ½ O2 (ก.) → H2O (ล.); ΔH0f = -285.8 กิโลจูล / โมล

H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O (s); ΔH0f = -292.6 กิโลจูล / โมล

ข้อควรพิจารณาที่สำคัญ

- ทั้งหมดมีความสมดุลตามการก่อตัวของผลิตภัณฑ์ 1 โมล

- สถานะของการรวมตัวของรีเอเจนต์และผลิตภัณฑ์จะถูกระบุ

- ระบุเอนทาลปีของการก่อตัว

โปรดทราบว่าเอนทัลปีของการก่อตัวขึ้นอยู่กับสถานะของการรวมตัวของผลิตภัณฑ์ ในสามปฏิกิริยาที่เสถียรที่สุดภายใต้สภาวะมาตรฐานคือปฏิกิริยาที่สอง

เนื่องจากสิ่งที่สำคัญในปฏิกิริยาเคมีและโดยเฉพาะอย่างยิ่งในปฏิกิริยาการก่อตัวคือการเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีไม่ใช่เอนโทรปีเองจึงเห็นพ้องกันว่าองค์ประกอบบริสุทธิ์ในรูปแบบโมเลกุลและสถานะของการรวมตัวตามธรรมชาติภายใต้สภาวะมาตรฐานมีการก่อตัวของเอนโทรปี โมฆะ

นี่คือตัวอย่างบางส่วน:

O2 (กรัม); ΔH0f = 0 กิโลจูล / โมล

Cl2 (ก.); ΔH0f = 0 กิโลจูล / โมล

นา (s); ΔH0f = 0 กิโลจูล / โมล

C (กราไฟท์); ΔH0f = 0 กิโลจูล / โมล

แบบฝึกหัดที่แก้ไข

- การออกกำลังกาย 1

เมื่อทราบว่าในการก่อตัวของเอเธน (C2H4) จำเป็นต้องให้ความร้อน 52 กิโลจูลต่อโมลแต่ละโมลและสารตั้งต้นคือไฮโดรเจนและกราไฟต์ให้เขียนสมการทางเคมีสำหรับการสร้างเอเธน

สารละลาย

อันดับแรกเราจะเพิ่มสมการทางเคมีและทำให้สมดุลโดยอาศัยเอเธนหนึ่งโมล

จากนั้นเราจะพิจารณาว่าจำเป็นต้องให้ความร้อนเพื่อให้ปฏิกิริยาการก่อตัวเกิดขึ้นซึ่งบ่งชี้ว่าเป็นปฏิกิริยาดูดความร้อนดังนั้นเอนโทรปีที่ก่อตัวจึงเป็นบวก

2 C (กราไฟท์ทึบ) + 2 H2 (ก๊าซ) → C2H4 (ก๊าซ); ΔH0f = +52 กิโลจูล / โมล

- การออกกำลังกาย 2

ภายใต้เงื่อนไขมาตรฐานไฮโดรเจนและออกซิเจนจะถูกผสมในภาชนะขนาด 5 ลิตร ออกซิเจนและไฮโดรเจนทำปฏิกิริยาอย่างสมบูรณ์โดยไม่มีสารตั้งต้นใด ๆ ที่จะสร้างไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ความร้อน 38.35 กิโลจูลถูกปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อมในปฏิกิริยา

ระบุสมการทางเคมีและทางอุณหเคมี คำนวณเอนโทรปีของการสร้างไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์

สารละลาย

ปฏิกิริยาการสร้างไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์คือ:

H2 (แก๊ส) + O2 (แก๊ส) → H2O2 (ของเหลว)

โปรดทราบว่าสมการมีความสมดุลอยู่แล้วโดยพิจารณาจากผลคูณหนึ่งโมล นั่นคือต้องใช้ไฮโดรเจนหนึ่งโมลและออกซิเจนหนึ่งโมลในการผลิตไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์หนึ่งโมล

แต่คำชี้แจงปัญหาบอกเราว่าไฮโดรเจนและออกซิเจนผสมกันในภาชนะขนาด 5 ลิตรภายใต้เงื่อนไขมาตรฐานดังนั้นเราจึงรู้ว่าก๊าซแต่ละชนิดมีปริมาณ 5 ลิตร

ใช้เงื่อนไขมาตรฐานเพื่อให้ได้สมการทางอุณหเคมี

ในทางกลับกันโดยสภาวะมาตรฐานความดัน 1 atm = 1,013 x 10⁵ Pa และอุณหภูมิ 25 ° C = 298.15 K.

ภายใต้เงื่อนไขมาตรฐานก๊าซอุดมคติ 1 โมลจะครอบครอง 24.47 L ซึ่งสามารถตรวจสอบได้จากการคำนวณต่อไปนี้:

V = (1 โมล * 8.3145 J / (โมล * K) * 298.15 K) / 1.03 x 10⁵ Pa = 0.02447 m³ = 24.47 L.

เนื่องจากมี 5 L ดังนั้นจำนวนโมลของแต่ละก๊าซจะถูกกำหนดโดย:

5 ลิตร / 24.47 ลิตร / โมล = 0.204 โมลของแต่ละก๊าซ

ตามสมการทางเคมีที่สมดุลจะเกิดไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ 0.204 โมลปล่อยความร้อน 38.35 กิโลจูลสู่สิ่งแวดล้อม นั่นคือ 38.35 kJ / 0.204 โมล = 188 กิโลจูล / โมลจำเป็นต้องสร้างเปอร์ออกไซด์หนึ่งโมล

นอกจากนี้เนื่องจากความร้อนถูกปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อมในระหว่างการเกิดปฏิกิริยาเอนทัลปีของการก่อตัวจึงเป็นลบ สุดท้ายส่งผลให้สมการทางอุณหเคมีดังต่อไปนี้:

H2 (แก๊ส) + O2 (แก๊ส) → H2O2 (ของเหลว); ΔH0f = -188 กิโลจูล / โมล

อ้างอิง

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