Në të gjitha reaksionet kimike, nxehtësia mund të merret nga rrethina ose të lëshohet në rrethinë. Shkëmbimi i nxehtësisë midis një reaksioni kimik dhe mjedisit të tij njihet si entalpi e reaksionit, ose H. Megjithatë, H nuk mund të matet drejtpërdrejt - në vend të kësaj, shkencëtarët përdorin ndryshimin e temperaturës së një reaksioni me kalimin e kohës për të gjetur ndryshimin në entalpinë me kalimin e kohës (e shkruar si H) Me H, një shkencëtar mund të përcaktojë nëse një reagim lëshon nxehtësi (ose është "ekzotermik") ose merr nxehtësi (ose është "endotermik"). Në përgjithësi, H = m x s x T, ku m është masa e reagentëve, s është nxehtësia specifike e produkteve, dhe T është ndryshimi i temperaturës në reaksion.
Hapi
Metoda 1 nga 3: Zgjidhja e problemeve të Entalpisë
Hapi 1. Përcaktoni reagimin e produkteve dhe reaktantëve tuaj
Çdo reaksion kimik përfshin dy kategori kimike - produkte dhe reaktantë. Produktet janë substanca kimike që rezultojnë nga reaksionet, ndërsa reagentët janë substanca kimike që kombinohen ose ndahen për të prodhuar produkte. Me fjalë të tjera, reagentët e një reaksioni janë si përbërësit e një recete ushqimore, ndërsa produktet janë ushqimi i përfunduar. Për të gjetur H të një reaksioni, së pari, identifikoni produktet dhe reagentët.
Për shembull, të themi se do të gjejmë entalpinë e reagimit për formimin e ujit nga hidrogjeni dhe oksigjeni: 2H2 (Hidrogjen) + O2 (Oksigjeni) 2H2O (Uji). Në këtë ekuacion, H2 dhe O2 është reaguesi dhe H2O është një produkt.
Hapi 2. Përcaktoni masën totale të reagentëve
Tjetra, gjeni masën e reagentëve tuaj. Nëse nuk e dini masën e tij dhe nuk mund ta peshoni atë në një shkallë shkencore, mund të përdorni masën molare të tij për të gjetur masën e tij aktuale. Masa molare është një konstante që mund të gjendet në tabelën periodike të rregullt (për elementë të vetëm) dhe burime të tjera kimike (për molekulat dhe përbërjet). Thjesht shumëzoni masën molare të secilit reagues me numrin e nishaneve për të gjetur masën e reagentëve.
-
Në shembullin e ujit, reagentët tanë janë gazra hidrogjeni dhe oksigjeni, të cilët kanë masa molare prej 2 g dhe 32 g. Meqenëse ne po përdorim 2 mole hidrogjen (duke gjykuar nga koeficienti 2 në H2) dhe 1 mole oksigjen (gjykuar nga mungesa e koeficientëve në O2), ne mund të llogarisim masën totale të reagentëve si më poshtë:
2 × (2g) + 1 × (32g) = 4g + 32g = 36g
Hapi 3. Gjeni nxehtësinë specifike të produktit tuaj
Tjetra, gjeni nxehtësinë specifike të produktit që po analizoni. Çdo element ose molekulë ka një nxehtësi specifike specifike: kjo vlerë është një konstante dhe zakonisht gjendet në burimet e mësimit të kimisë (për shembull, në tabelën në pjesën e pasme të një teksti shkollor të kimisë). Ka mënyra të ndryshme për të llogaritur nxehtësinë specifike, por për formulën që ne përdorim, ne përdorim njësinë Joule/gram ° C.
- Vini re se nëse ekuacioni juaj ka produkte të shumta, do t'ju duhet të llogaritni entalpinë për reagimet e elementeve të përdorur për të prodhuar secilin produkt, pastaj t'i shtoni ato për të gjetur entalpinë e përgjithshme për reagimin.
- Në shembullin tonë, produkti përfundimtar është uji, i cili ka një nxehtësi specifike përafërsisht. 4.2 joules/gram ° C.
Hapi 4. Gjeni ndryshimin në temperaturë pasi të ndodhë reagimi
Tjetra, do të gjejmë T, ndryshimin e temperaturës para dhe pas reagimit. Zbritni temperaturën fillestare të reaksionit (ose T1) nga temperatura përfundimtare pas reagimit (ose T2) për ta llogaritur atë. Ashtu si në shumicën e punës kimike, përdoret temperatura Kelvin (K) (megjithëse Celsius (C) do të japë të njëjtin rezultat).
-
Për shembullin tonë, le të themi se temperatura fillestare e reaksionit është 185K, por ftohet në 95K kur reagimi është i plotë. Në këtë problem, T llogaritet si më poshtë:
T = T2 - T1 = 95K - 185K = - 90K
Hapi 5. Përdorni formulën H = m x s x T për të zgjidhur
Nëse keni m, masën e reagentëve, s, nxehtësinë specifike të produkteve dhe T, ndryshimin e temperaturës së reaksionit, atëherë jeni gati të gjeni entalpinë e reagimit. Lidhni vlerat tuaja në formulën H = m x s x T dhe shumëzojini për të zgjidhur. Përgjigja juaj është e shkruar në njësi energjie, përkatësisht Joules (J).
-
Për problemin tonë shembullor, entalpia e reagimit është:
H = (36g) × (4.2 JK-1 g-1) × (-90K) = - 13,608 J
Hapi 6. Përcaktoni nëse reagimi juaj po merr ose humbet energji
Një nga arsyet më të zakonshme për llogaritjen e H për reagime të ndryshme është përcaktimi nëse reagimi është ekzotermik (humbet energji dhe lëshon nxehtësi) apo endotermik (fiton energji dhe thith nxehtësinë). Nëse shenja e përgjigjes suaj përfundimtare për H është pozitive, atëherë reagimi është endotermik. Ndërkohë, nëse shenja është negative, reagimi është ekzotermik. Sa më i madh numri, aq më i madh është reaksioni ekzoto ose endotermik. Kini kujdes me reagimet e forta ekzotermike - ato ndonjëherë lëshojnë sasi të mëdha të energjisë, të cilat, nëse lëshohen shumë shpejt, mund të shkaktojnë një shpërthim.
Në shembullin tonë, përgjigja përfundimtare është -13608J. Meqenëse shenja është negative, ne e dimë se reagimi ynë është ekzotermikeMe Kjo ka kuptim - H2 dhe O2 është gaz, ndërsa H2O, produkti, është një lëng. Gazi i nxehtë (në formën e avullit) duhet të lëshojë energji në mjedis në formën e nxehtësisë, për ta ftohur atë për të formuar një lëng, domethënë reagimin për të formuar H2O është ekzotermik.
Metoda 2 nga 3: Vlerësimi i Madhësisë së Entalpisë
Hapi 1. Përdorni energjitë e lidhjeve për të vlerësuar entalpinë
Pothuajse të gjitha reaksionet kimike përfshijnë formimin ose prishjen e lidhjeve midis atomeve. Meqenëse në reaksionet kimike, energjia nuk mund të shkatërrohet ose krijohet, nëse e dimë sasinë e energjisë që kërkohet për të formuar ose prishur lidhjet në një reagim, ne mund të vlerësojmë ndryshimin e entalpisë për reagimin e përgjithshëm me një shkallë të lartë saktësie duke i shtuar këto lidhje energjitë.
-
Për shembull, reagimi i përdorur H2 + F2 H 2HF. Në këtë ekuacion, energjia e kërkuar për të thyer atomet H në molekulën H. është2 është 436 kJ/mol, ndërsa energjia e kërkuar për F2 është 158 kJ/mol. Së fundi, energjia e kërkuar për të formuar HF nga H dhe F është = -568 kJ/mol. Ne shumëzojmë me 2 sepse produkti në ekuacion është 2 HF, kështu që është 2 × -568 = -1136 kJ/mol. Duke i shtuar të gjitha së bashku, marrim:
436 + 158 + -1136 = - 542 kJ/mol.
Hapi 2. Përdorni entalpinë e formimit për të vlerësuar entalpinë
Entalpia e formimit është një grup vlerash H që përfaqëson ndryshimin entalpi të një reagimi për të prodhuar një substancë kimike. Nëse e njihni entalpinë e formimit të kërkuar për të prodhuar produktet dhe reaktantët në ekuacion, mund t'i shtoni ato për të vlerësuar entalpinë si energjitë e lidhjes të përshkruara më sipër.
-
Për shembull, ekuacioni i përdorur C2H5OH + 3O2 CO 2CO2 + 3H2O. Në këtë ekuacion, ne e dimë se entalpia e formimit për reagimin e mëposhtëm është:
C2H5OH → 2C + 3H2 +0.5O2 = 228 kJ/mol
2C + 2O2 CO 2CO2 = -394 2 = -788 kJ/mol
3H2 +1.5 O2 → 3H2O = -286 × 3 = -858 kJ/mol
Meqenëse mund t'i përmbledhim këto ekuacione për të marrë C2H5OH + 3O2 CO 2CO2 + 3H2O, nga reagimi që ne po përpiqemi të gjejmë entalpinë, ne vetëm duhet të shtojmë entalpinë e reagimit të formimit më lart për të gjetur entalpinë e këtij reagimi, si më poshtë:
228 + -788 + -858 = - 1418 kJ/mol.
Hapi 3. Mos harroni të ndryshoni shenjën kur përmbysni ekuacionin
Importantshtë e rëndësishme të theksohet se kur përdorni entalpinë e formimit për të llogaritur entalpinë e një reaksioni, duhet të ndryshoni shenjën e entalpisë së formimit sa herë që të përmbysni ekuacionin për reagimin e elementeve. Me fjalë të tjera, nëse përmbysni një ose më shumë ekuacione për formimin e një reaksioni në mënyrë që produktet dhe reagentët të anulojnë njëri -tjetrin, ndryshoni shenjën e entalpisë së reaksionit të formimit që po shkëmbeni.
Në shembullin e mësipërm, vini re se reagimi i formimit që përdorëm për C2H5OH me kokë poshtë. C2H5OH → 2C + 3H2 +0.5O2 tregojnë C2H5OH është e ndarë, jo e formuar. Meqenëse ne e përmbysëm këtë ekuacion në mënyrë që produktet dhe reagentët të anulojnë njëri -tjetrin, ne ndryshuam shenjën e entalpisë së formimit për të dhënë 228 kJ/mol. Në fakt, entalpia e formimit për C2H5OH është -228 kJ/mol.
Metoda 3 nga 3: Vëzhgimi i Ndryshimit të Entalpisë në Eksperimente
Hapi 1. Merrni një enë të pastër dhe mbusheni me ujë
Easyshtë e lehtë të shihet parimi i entalpisë me një eksperiment të thjeshtë. Për të siguruar që reagimi juaj eksperimental të mos jetë i kontaminuar me substanca të jashtme, pastroni dhe sterilizoni kontejnerët që keni ndërmend të përdorni. Shkencëtarët përdorin enë të mbyllura të veçanta të quajtura kalorimetra për të matur entalpinë, por ju mund të merrni rezultate të mira me çdo xham ose tub të vogël prove. Çfarëdo enë që përdorni, mbusheni me ujë të pastër, të temperaturës së dhomës. Ju gjithashtu duhet të eksperimentoni në një dhomë me një temperaturë të ftohtë.
Për këtë eksperiment, do t'ju duhet një enë mjaft e vogël. Ne do të shqyrtojmë efektin e ndryshimit të entalpisë së Alka-Seltzer në ujë, kështu që sa më pak ujë të përdorni, aq më i theksuar do të jetë ndryshimi i temperaturës
Hapi 2. Fut termometrin në enë
Merrni një termometër dhe vendoseni në enë në mënyrë që maja e termometrit të jetë nën ujë. Lexoni temperaturën e ujit - për qëllimet tona, temperatura e ujit shënohet me T1, temperatura fillestare e reagimit.
Le të themi se ne matim temperaturën e ujit dhe rezultati është 10 gradë C. Në disa hapa, ne do t'i përdorim këto lexime të temperaturës për të vërtetuar parimin e entalpisë
Hapi 3. Shtoni një Alka-Seltzer në enë
Kur të jeni gati për të filluar eksperimentin, hidhni një Alka-Seltzer në ujë. Do të vini re menjëherë se gruri po flluskë dhe fërshëllen. Kur rruazat treten në ujë, ato shpërbëhen në bikarbonat kimik (HCO.).3-) dhe acid limoni (i cili reagon në formën e joneve të hidrogjenit, H+) Këto kimikate reagojnë për të formuar ujë dhe gaz dioksid karboni në ekuacionin 3HCO3− + 3H+ → 3H2O + 3CO2.
Hapi 4. Matni temperaturën kur reagimi është i plotë
Shikoni si vazhdon reagimi - kokrrizat Alka -Seltzer ngadalë do të treten. Sapo të përfundojë reagimi i grurit (ose është ngadalësuar), matni përsëri temperaturën. Uji duhet të jetë më i ftohtë se më parë. Nëse është më ngrohtë, eksperimenti mund të ndikohet nga forcat e jashtme (për shembull, nëse dhoma në të cilën jeni është e ngrohtë).
Për shembullin tonë eksperimental, le të themi se temperatura e ujit është 8 gradë C pasi kokrrat të ndalojnë së gazuari
Hapi 5. Vlerësoni entalpinë e reagimit
Në një eksperiment ideal, kur hidhni një kokërr Alka-Seltzer në ujë, ai formon ujë dhe gaz dioksidi të karbonit (gazi mund të vërehet si një flluskë fërshëllimë) dhe bën që temperatura e ujit të bjerë. Nga ky informacion, ne mendojmë se reagimi është endotermik - domethënë, ai thith energji nga mjedisi përreth. Reaktantët e lëngshëm të tretur kërkojnë energji shtesë për të prodhuar një produkt të gaztë, kështu që ata thithin energji në formën e nxehtësisë nga rrethina (në këtë eksperiment, ujë). Kjo bën që temperatura e ujit të ulet.
