Chemija · Pamoka

Heso dėsnis, susidarymo entalpijos ir energijos balansas

Sujunkite reakcijų entalpijos pokyčius naudodami pradinių ir galutinių būsenų suvestinę. Išlaikykite fazes, reakcijų mastelį ir atskaitos sąlygas, o algebrinį kelią atskirkite nuo tikrojo reakcijos mechanizmo.

Grįžti į chemijos planą

Baigę pamoką, galėsite

Apgręžiant ir dauginant reakcijų lygtis, atitinkamai keisti entalpijos pokyčius.
Panaikinti tarpinius narius Heso dėsnio suvestinėje.
Interpretuoti susidarymo entalpiją remiantis elementų atskaitos būsenomis ir aiškiai nurodytu reakcijos pagrindu.

Entalpijos pokytį lemia pradinė ir galutinė būsenos

Kadangi H yra būsenos funkcija, jos pokytis priklauso nuo pradinės ir galutinės būsenų. Jei sudėjus kelias tarpusavyje suderintas reakcijų lygtis gaunama norimos reakcijos lygtis, jų entalpijos pokyčių suma lygi norimos reakcijos entalpijos pokyčiui. Tai Heso dėsnis. Kiekvienoje lygtyje medžiagų kiekiai, fazės ir atskaitos sąlygos turi būti tarpusavyje suderinti.

Kitos fazės medžiagos entalpija gali skirtis net tada, kai molekulinė formulė ta pati. Išlaikykite tokias žymas kaip dujos, skystis ir kietoji medžiaga. Pakeitus temperatūrą ar kitas atskaitos sąlygas, taip pat gali reikėti pataisos; vien panašiai atrodančios cheminės formulės neužtikrina, kad termodinaminės būsenos yra suderinamos.

Sudėkite lygtis ir panaikinkite bendrus narius

Sukurtoje išgalvotų būsenų suvestinėje nustatyta, kad A → B, kai ΔH = −20.0 kJ, o B → C, kai ΔH = +5.0 kJ, esant suderintiems kiekiams ir toms pačioms nurodytoms sąlygoms. Sudėjus lygtis, B panaikinama ir gaunama A → C, kai ΔH = −15.0 kJ.

Tai išgalvotos, žymenimis pažymėtos būsenos ir entalpijos, skirtos algebriniams veiksmams mokytis. Dviejų etapų kelias nepatvirtina, kad tikrasis cheminis procesas vyksta per B. Heso dėsnis nusako pradinės ir galutinės būsenų ryšį; reakcijų mechanizmams pagrįsti reikia atskirų kinetinių ir molekulinių duomenų.

Pašalinkite tarpinę medžiagą nekeisdami pradinių ir galutinių būsenų

Apskaitos eilutė	Lygtis	Entalpijos pokytis	Vaidmuo sumoje
Žingsnis 1	A → B	−20.0 kJ	B yra produktas
2 žingsnis	B → C	+5.0 kJ	Tas pats B yra reagentas
Suma	A → C	−15.0 kJ	Panaikinkite B ir sudėkite entalpijos pokyčius
Atvirkštinė suminė reakcija	C → A	+15.0 kJ	Sukeiskite pradinę ir galutinę būsenas ir pakeiskite ženklą priešingu

Originali išgalvota apskaitos lentelė. Kiekvienoje eilutėje naudojami tarpusavyje suderinti kiekiai bei fazės ir tos pačios nustatytos sąlygos; skaičiai nėra išmatuoti junginių duomenys.

Keisdami lygtį, keiskite entalpiją

Apgręžus reakciją, jos pradinė ir galutinė būsenos susikeičia vietomis, todėl entalpijos pokyčio ženklas pasikeičia į priešingą. Kiekvieną stechiometrinį koeficientą padauginus iš tam tikro daugiklio, tam reakcijos kiekiui tenkantis entalpijos pokytis padauginamas iš to paties daugiklio. Reakcijos entalpijos vertė ir užrašyta jos lygtis turi likti susietos.

Taigi hipotetinio C → A virsmo entalpijos pokytis yra +15.0 kJ, kai atvirkštiniam virsmui imamas atitinkamas medžiagos kiekis. Dvigubam A → C virsmo medžiagos kiekiui ΔH = −30.0 kJ. Nelyginkite entalpijos pokyčių, kai reakcijose dalyvauja skirtingi medžiagų kiekiai, neperskaičiavę jų tam pačiam kiekiui.

Susidarymo vertėms taikoma pasirinkta atskaitos sutartis

Standartinė susidarymo entalpija apibūdina vieno molio nurodytos medžiagos susidarymą iš ją sudarančių elementų, esančių atskaitos būsenose, nurodytomis sąlygomis. Pagal susitarimą elemento, esančio atskaitos būsenoje, standartinė susidarymo entalpija lygi nuliui. Šis nulis nustato susidarymo entalpijų atskaitą; tai nėra teiginys, kad elemento absoliučioji energija lygi nuliui.

Standartiniai termodinaminiai dydžiai siejami su apibrėžtomis standartinėmis būsenomis; rekomenduojamas standartinis slėgis yra 1 bar, arba 100 kPa. Standartinės būsenos simbolis savaime nenustato temperatūros. Lentelėse paprastai nurodoma konkreti temperatūra, pavyzdžiui, 298.15 K, ir šią temperatūrą būtina išlaikyti. Pasirinktoje NIST CODATA eilutėje, kai temperatūra yra 298.15 K, CO₂(g) standartinė susidarymo entalpija yra maždaug −393.5 kJ mol⁻¹; atitinkama susidarymo lygtis yra C(grafitas) + O₂(g) → CO₂(g).

Išnagrinėti pavyzdžiai

Nuosekliai sumuokite galinių būsenų pokyčius

Hipotetinėje apskaitoje nurodyta, kad A → B virsmo ΔH = −20.0 kJ, o B → C virsmo ΔH = +5.0 kJ, kai medžiagų kiekiai suderinti. Raskite A → C virsmo ir jo atvirkštinio virsmo ΔH.

Užrašykite vertes su ženklais: −20.0 kJ ir +5.0 kJ.
Sudėkite lygtis ir panaikinkite abiejose pusėse esančią tą pačią tarpinę medžiagą B.
Sudėkite entalpijos pokyčius: −20.0 + 5.0 = −15.0 kJ.
Sukeiskite pradinę ir galutinę būsenas, kad gautumėte C → A virsmo entalpijos pokytį +15.0 kJ.

A → C: −15.0 kJ; C → A: +15.0 kJ. Tai galinių būsenų apskaita, o ne teiginys apie mechanizmą.

Pabandykite patys

Kas nutinka ΔH, kai reakcijos lygtis apverčiama?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Jo ženklas pasikeičia į priešingą.
Pradinė ir galutinė būsenos susikeičia vietomis.
Koks entalpijos pokytis išgalvotoje apskaitos lentelėje atitinka dvigubai didesnį reakcijos A → C mastą?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
−30.0 kJ.
Padvigubinus reakcijos mastą, su ja susijęs entalpijos pokytis taip pat padvigubėja.
Ar jungiant entalpijos lygtis galima atmesti fazių žymenis?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Ne.
Tos pačios formulės medžiagos entalpija skirtingose fazėse gali skirtis.
Ar vien standartinės būsenos simbolis nurodo 298.15 K temperatūrą?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Ne.
Temperatūra turi būti nurodyta atskirai nuo standartinės būsenos susitarimo.

Ką verta įsidėmėti

Pagal Heso dėsnį sudedami suderinami entalpijos pokyčiai tarp pradinių ir galutinių būsenų.
Keiskite ženklus ir proporcingai keiskite vertes pagal užrašytas lygtis.
Išlaikykite fazes ir atskaitos sąlygas.
Susidarymo dydžių nulinės atskaitos vertės ir tikrosios absoliučiosios energijos yra skirtingos sąvokos.

Šaltiniai

Mokomoji medžiaga ir žinynai, kuriais remiasi pamokos paaiškinimai ir pavyzdžiai.