Lösning värme hur beräknat, applikationer och övningar

han lösningsvärme o Entalpi av lösning är värmen som absorberas eller frigörs under upplösningsprocessen för en viss mängd lösta ämnen i lösningsmedlet, under tillståndet för konstant tryck.

När en kemisk reaktion äger rum krävs energi både för att bilda och bryta länkar som tillåter bildandet av nya ämnen. Energin som flyter så att dessa processer sker är värme, och termokemi är vetenskapens gren som ansvarar för att studera dem.

Källa: Pixnio.

Angående termen entalpía, det här Det används för att kalla värmeflödet när kemiska processer inträffar under konstant tryckförhållanden. Skapandet av denna term tillskrivs den nederländska fysikern Heike Kamerlingh Onnes (1853 - 1926), samma som upptäckte superledningsförmåga.

[TOC]

Hur beräknas det?

För att hitta entalpin är det nödvändigt att starta från den första lagen om termodynamik, som anser att variationen i den inre energin ΔU i ett system beror på värmen absorberad Q och att arbeta med en externt medel:

Δu = q + w

Där arbetet är den negativa integralen över all volymen på trycket på trycket genom den differentiella volymförändringen. Denna definition motsvarar den negativa integralen av den skalära kraftprodukten av vektorförskjutningen i mekaniskt arbete:

När det konstanta trycktillståndet som nämns ovan tillämpas kan P vara utanför integralen; Därför är arbetet:

W = -p (v_F -V_antingen) = -PΔV

-Uttrycket för entalpi

Om detta resultat ersätts i ΔELLER erhålles:

ΔU = q - pΔV

Q = ΔU + pΔV = u_F - ELLER_antingen + P (v_F -V_antingen) = U_F + Pv_F - (Eller_antingen + Pv_antingen )

Mängden U + pv Det kallas enthalpía H, så att:

Q = h_F - H_antingen = 5H

Entalpi mäts i joules, eftersom det är energi.

Det kan tjäna dig: Skillnader mellan hastighet och hastighet (med exempel)

Lösningsentalpi

De initiala komponenterna i en lösning är lösta och lösningsmedel, och de har en original entalpi. När denna lösning genomförs kommer den att ha sin egen entalpi.

I det här fallet kan du uttrycka variationen av entalpi i Joules som:

ΔH = h_lösning - H_reagens

Eller i standard entalpiformuläret ΔH^antingen, Där resultatet är i joule/mol

ΔH^antingen = H^antingen _lösning - H^antingen_reagens

Om reaktionen avger värme, tecknet på ΔH Det är negativt (exoterm process), om den absorberar värme (endoterm process) kommer tecknet att vara positivt. Och naturligtvis kommer värdet på lösningsentalpin att bero på koncentrationen av den slutliga lösningen.

Ansökningar

Många joniska föreningar är lösliga i polära lösningsmedel, såsom vatten. Saltlösningar (natriumklorid) i vatten eller saltlösning används vanligtvis. Nu kan lösningens entalpi betraktas som bidraget från två energier:

- En för att bryta lösningsmedel och lösningsmedelslänkar

- Den andra är den som krävs i bildandet av nya lösningsmedellänkar.

När det gäller upplösningen av ett vattensalt krävs det att veta det så kallade Retikulär entalpi av det fasta ämnet och den Hydreringsentalpi För att bilda lösningen, i fallet med vatten. Om det inte handlar om vatten, kallas det Solvation entalpi.

De Retligtalpi Det är den nödvändiga energin för brottet i det joniska nätverket och bildar de gasformiga jonerna, en process som alltid är endotermisk, eftersom energi måste levereras till det fasta ämnet för att separera den i dess konstituerande joner och ta dem till det gasformiga tillståndet.

Å andra sidan är hydratiseringsprocesser alltid exoterm, eftersom hydratiserade joner är mer stabila än joner i ett gasformigt tillstånd.

På detta sätt kan skapandet av lösningen vara exotermisk eller endotermisk.

Kan tjäna dig: böljande fenomen

Mätningar med kalorimeter

I praktiken är det möjligt att mäta ΔH I en kalorimeter, som i princip består av en isolerad behållare med en termometer och en agiterande stav.

När det gäller behållaren hälls vatten nästan alltid, vilket är den kalorimetriska vätskeparens excellens, eftersom dess egenskaper är den universella referensen för alla vätskor.

Gammal kalorimeter som används av Lavoisier. Källa: Gustavocarra [CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenser/BY-SA/4.0)].

Naturligtvis ingriper kalorimetermaterial också i värmeutbyte, utöver vatten. Men kalorikapaciteten för hela uppsättningen, kallad konstant av kalorimetern, kan bestämmas separat från reaktionen och sedan ta hänsyn till när den äger rum.

Energibalansen är som följer och kommer ihåg villkoret att det inte finns några energiläckor i systemet:

ΔH _lösning + ΔH _vatten + C _kalorimeter ΔT = 0

Varifrån:

ΔH _lösning = - m _vatten . c _vatten . ΔT - c _kalorimeter ΔT = -q _vatten - Q _kalorimeter

Och för att få standard entalpin:

Var:

- Soluto -massa: m_s

- Lösningens molekylvikt: m_s

- Vattenmassa: m_vatten

- Vattenmolekylvikt: m_vatten

- Vattenmolar värmekapacitet: c_{vatten ; m}*

- Temperaturförändring: ΔT

*C_P.m vatten är 75.291 J/mol . K

Löst övningar

-Övning 1

KOH Solid kaliumformationsentalpi är ΔH^antingen = +426 kJ/mol, Vätskevatten h₂Eller så är det 285.9 kJ/mol.

Det är också känt att när metallisk kaliumhydroxid reagerar med flytande vatten, väte och 5H^antingen = -2011 kJ/mol. Beräkna KOH -lösningens endalpy i vatten med dessa data.

Lösning

- Koh är disintestant i sina komponenter:

Koh_fast → K_fast + ½ o₂ + ½ h₂;  ΔH^antingen = - 426 kJ/mol

- Flytande vatten bildas:

Kan tjäna dig: grenar av klassisk och modern fysik

½ o₂ + ½ h₂ → H₂ANTINGEN_Flytande;  ΔH^antingen = -285.9 kJ/mol

- Nu måste du bilda lösningen:

K_fast + H₂O → ½ h₂ + Koh_vattenhaltig ; ΔH^antingen = -2011 kJ/mol

Observera att tecknet på KOH -upplösningsentalpin har investerats, vilket beror på Hess -lagen: när reagensen blir produkter beror inte förändringen av entalpi på stegen i rad och när ekvationen behövs för att investera, som I detta fall ändrar entalpin tecken.

Energibalans är den algebraiska summan av entalpier:

- 426 kJ/k - 285.9 kJ/mol - 2011 kJ/mol = -2722,9 kJ/mol

-Övning 2

Lösningen av upplösning för nästa reaktion bestäms i en konstant tryckkalorimeter och det är känt att kalorimeterkonstanten är 342.5 j/k. När 1 upplöses.423 g natriumsulfat Na₂Sw₄ i 100.34 g vatten, temperaturvariationen är 0.037 K. Beräkna standardlösningen för lösningen för NA₂Sw₄ Från dessa uppgifter.

Lösning

Lösningens standard entalpi framgår av den tidigare givna ekvationen:

Och beräknas med hjälp av följande tabellata:

För natriumsulfat: m_s = 142.04 g/mol; m_s = 1.423 g

Och för vatten: m_vatten = 100.34 g; M_vatten = 18.02 g/mol; C_{vatten; m} = 75.291 J/K mol

ΔT = 0.037 K

C _kalorimeter = 342.5 j/k

Referenser

1. Cengel och. 2012.Termodynamik. 7: e upplagan. Mc.Graw Hill. 782 - 790
2. Engel, T. 2007. Introduktion till fysikaliski: termodynamik. Pearson Education. 63-78.
3. Giancoli, D.  2006. Fysik: Principer med applikationer. 6: e ... Ed Prentice Hall. 384-391.
4. Maron, s. 2002. Grundläggande fysikaliski. Limusa. 152-155.
5. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fysik för vetenskap och teknik. Volym 1. 7th. Ed. Cengage Learning. 553-567.