Hoe Delta H (enthalpie) te vinden

Tijdens een chemische reactie kan warmte door de omgeving worden geabsorbeerd of door de reactie in het milieu worden geloosd. De warmte-uitwisseling tussen een chemische reactie en zijn omgeving staat bekend als de reactie-enthalpie of H. H kan echter niet direct worden gemeten - in plaats daarvan gebruiken wetenschappers de verandering in de temperatuur van een reactie na verloop van tijd om de

Inhoud

Stappen

Methode 1los enthalpieproblemen op
Methode 2schat de enthalpie
Methode 3experimentele observatie van enthalpieveranderingen

Tips

enthalpieverandering in de loop van de tijd (aangegeven als AH). Met de gegevens van ΔH kan een wetenschapper bepalen of een reactie warmte afgeeft (of "dit is exotherm") of absorbeert warmte (of "dit is endotherme"). Over het algemeen AH = m x s x ΔT, waarbij m de massa van de reactanten is, s de specifieke warmte van het product is, en AT de verandering in de temperatuur van de reactie is.

stappen

Methode 1
Los enthalpieproblemen op

Titel afbeelding Bereken de enthalpie van een chemische reactie Stap 1

Bepaal de reactieproducten en reagentia. Elke chemische reactie omvat twee categorieën chemicaliën: producten en reagentia. De producten zijn het chemische materiaal gecreëerd door de reactie, terwijl de reactanten de chemicaliën zijn die wisselwerking aangaan, combineren of ontbinden om het product te maken. Met andere woorden, de reactanten van een reactie zijn als de ingrediënten in een recept, terwijl de producten zijn als de voltooide schaal. Om de ΔH van een reactie te vinden, moet u eerst zijn producten en reagentia identificeren.
Laten we bijvoorbeeld zeggen dat we de reactie-enthalpie willen vinden voor de vorming van water uit waterstof en zuurstof: 2H₂ (Waterstof) + O₂ (Zuurstof) → 2H₂O (water). In deze vergelijking, H₂ en O₂ zijn de reagentia en H₂O Het is het product.

Titel afbeelding Bereken de enthalpie van een chemische reactie Stap 2

Bepaal de totale massa van de reagentia. Vervolgens moet je vinden wat de massa`s van de reactanten zijn. Als u de massa niet kent en geen wetenschappelijke balans hebt om de reagentia te wegen, kunt u hun molecuulmassa gebruiken om hun ware massa te vinden. Molaire massa`s zijn constanten die u kunt vinden in standaard periodieke tabellen (voor individuele elementen) en in andere chemiebronnen (voor moleculen en verbindingen). Simpelweg de molaire massa van elk reagens vermenigvuldigen met het aantal mol dat u moet gebruiken om de massa van de reactanten te vinden.

In ons watervoorbeeld zijn onze reagentia waterstof- en zuurstofgassen met een molmassa van respectievelijk 2 g en 32 g. Omdat we 2 mol waterstof gebruiken (weergegeven door de coëfficiënt "2" in de volgende vergelijking voor H₂) en 1 mol zuurstof (vertegenwoordigd door geen coëfficiënt dichtbij O)₂), kunnen we de totale massa van de reagentia op de volgende manier berekenen:
2 x (2 g) + 1 x (32 g) = 4g + 32g = 36g.

Titel afbeelding Bereken de enthalpie van een chemische reactie Stap 3

Zoek de specifieke warmte van uw product. Vervolgens vindt u de specifieke warmte van het product dat u analyseert. Elk element of molecuul heeft een specifieke waarde van bijbehorende warmte: deze waarden zijn constant en worden meestal aangetroffen in chemiematerialen (zoals bijvoorbeeld in de vakken op de achterkant van een chemisch leerboek). Er zijn verschillende manieren om specifieke warmte te meten, maar voor onze formule gebruiken we de gemeten waarde in eenheden van joules / gram ° C.

Houd er rekening mee dat als de vergelijking meerdere producten bevat, u een enthalpieberekening moet uitvoeren voor de reactie van elke component die wordt gebruikt om elk van de producten te produceren, en deze vervolgens moet toevoegen om de enthalpie voor de volledige reactie te vinden.

In ons voorbeeld is het eindproduct water, dat een soortelijke warmte van ongeveer heeft 4,2 joules / gram ° C.

Titel afbeelding Bereken de enthalpie van een chemische reactie Stap 4

Zoek het verschil in temperatuur na de reactie. Vervolgens zullen we de ΔT vinden, de temperatuurverandering die is gegeven van vóór de reactie tot de reactie eindigt. Om deze waarde te berekenen, trekt u de begintemperatuur (of T1) af van de reactie van de eindtemperatuur (of T2). Zoals in de meeste chemiewerkzaamheden, moet je de temperatuur in graden Kelvin (K) gebruiken, maar als je graden Celsius C gebruikt, krijg je dezelfde resultaten.

Laten we stellen dat onze reactie in het begin 185 K bedroeg, maar dat deze tegen het einde van de proef was afgekoeld tot 95 K. In dit geval moet de ΔT als volgt worden berekend:
ΔT = T2 - T1 = 95 K - 185 K = -90 K

Titel afbeelding Bereken de enthalpie van een chemische reactie Stap 5

Gebruik de formule ΔH = om dit op te lossen m x s x ΔT. Als je eenmaal m hebt, de massa van de reactanten, s, de specifieke warmte van het product, en ΔT, de temperatuur verandert in je reactie, heb je al alles om de enthalpie van de reactie te vinden. U hoeft alleen de waarden in te voegen in de formule ΔH = m x s x ΔT en om de veelvouden op te lossen. Het antwoord wordt gegeven in eenheden van joules of energy (J).

Voor ons voorbeeldprobleem zouden we zien dat de enthalpie van reactie als volgt wordt gedefinieerd:
ΔH = (36 g) x (4,2 JK-1 g-1) x (-90 K) = -13.608 J

Titel afbeelding Bereken de enthalpie van een chemische reactie Stap 6

Bepaal of je reactie wint of energie verliest. Een van de meest voorkomende redenen waarom ΔH wordt berekend in verschillende reacties is om te bepalen of de reactie exotherm is (energie verliest en warmte afgeeft) of endotherm (energie wint en warmte absorbeert). Als het teken van uw uiteindelijke respons van ΔH positief is, is de reactie endotherm. Aan de andere kant, als het teken negatief is, is de reactie exotherm. Hoe groter het getal zelf, hoe meer exo of endotherm de reactie is. Wees voorzichtig met sterk exotherme reacties - deze kunnen soms een grote hoeveelheid energie opleveren, wat als het snel genoeg is, een explosie kan veroorzaken.

In ons voorbeeld is ons laatste antwoord -13.608 J. Omdat het teken negatief is, weten we dat onze reactie is exotherm. Dit is logisch - H₂ en O₂ het zijn gassen, terwijl H₂Of het product is een vloeistof. Hete gassen (in de vorm van damp) geven energie af in de vorm van warmte om het af te koelen tot het punt waarop ze vloeibaar water kunnen vormen, wat betekent dat de vorming van H₂Of het is exotherm.

Methode 2
Schat de enthalpie

Titel afbeelding Bereken de enthalpie van een chemische reactie Stap 7

Het maakt gebruik van link energieën om de enthalpie te schatten. Bijna alle chemische reacties omvatten de vorming of het verbreken van verbindingen tussen atomen. Omdat bij een chemische reactie de energie niet kan worden vernietigd of gecreëerd, als we de energie kennen die nodig is om de bindingen in de reactie te vormen of te verbreken, kunnen we de enthalpie-variatie voor de volledige reactie met grote precisie schatten door deze bindende energieën toe te voegen .

Beschouw bijvoorbeeld de reactie H₂ + F₂ → 2HF. In dit geval de energie die nodig is om de H-atomen in de H te verbreken₂ scheiden ze van het molecuul is 436 kJ / mol, terwijl de energie die nodig is voor F₂ is 158 kJ / mol. Tenslotte is de energie die nodig is om HF te vormen tussen H en F = -568 kJ / mol. We vermenigvuldigen dit met 2 omdat het product in de vergelijking is 2HF, geeft ons 2 en de tijden -568 = -1136 KJ / mol. Als we dit alles toevoegen, krijgen we:
436 + 158 + -1136 = -542 kJ / mol.

Titel afbeelding Bereken de enthalpie van een chemische reactie Stap 8

Het gebruikt enthalpies van formatie om de enthalpie te berekenen. In de enthalpies van formatie worden ΔH-waarden vastgesteld die de enthalpie-veranderingen van de reacties vertegenwoordigen die worden gebruikt om specifieke chemische producten te creëren. Als u de trainingsenthalpieën kent die nodig zijn om producten en reagentia in een vergelijking te maken, kunt u ze optellen om de enthalpie op dezelfde manier te schatten als voor de link-energieën zoals hierboven beschreven.

Neem bijvoorbeeld de reactie C₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O. In dit geval weten we dat de enthalpieën van training voor de volgende reacties
C₂H₅OH → 2C + 3H₂ + 0.5o₂ = 228 kJ / mol
2C + 2O₂ → 2CO₂ = -394 x 2 = -788 kJ / mol
3H₂ + 1,5 O₂ → 3H₂O = -286 x 3 = -858 kJ / mol
Omdat we deze vergelijkingen kunnen toevoegen om C te krijgen₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂Of, de reactie waarvoor we enthalpie proberen te vinden, we kunnen gewoon de enthalpieën van de bovenstaande formatiereacties toevoegen om de enthalpie van deze reactie als volgt te vinden:
228 + -788 + -858 = -1418 kJ / mol.

Titel afbeelding Bereken de enthalpie van een chemische reactie Stap 9

Vergeet niet om de tekens te veranderen wanneer u de vergelijkingen wist. Het is belangrijk om in gedachten te houden dat wanneer u enthalpies van formatie gebruikt om de enthalpie van een reactie te berekenen, het teken van enthalpie van formatie moet worden omgekeerd elke keer dat u een of andere component in de reactievergelijking verwijdert. Met andere woorden, je moet je trainingsreactievergelijkingen één of meerdere keren omzetten om alle producten en reagentia in positie te krijgen om ze correct te annuleren en het enthalpie-teken van de trainingsreacties die je hebt gewist te keren.

In het vorige voorbeeld merk je dat de trainingsreactie die we gebruikten voor C₂H₅OH is andersom. C₂H₅OH → 2C + 3H₂ + 0.5o₂ C weergegeven₂H₅OH, het is niet gevormd. Omdat we de vergelijking omkeren om alle producten en reagentia correct te laten opheffen, keren we het teken om in de vergelijking van enthalpie van formatie om 228 kJ / mol te verkrijgen. Eigenlijk is de enthalpie van training voor C₂H₅OH is -228 kJ / mol.

Methode 3
Experimentele observatie van enthalpieveranderingen

Titel afbeelding Bereken de enthalpie van een chemische reactie Stap 10

Neem een schone container en vul deze met water. Het is gemakkelijk om de principes van enthalpie in actie te zien met een eenvoudig experiment. Om ervoor te zorgen dat de reactie in het experiment werkt zonder externe contaminatie, reinigt en steriliseert u de container die u gaat gebruiken. Wetenschappers gebruiken speciale gesloten containers genaamd calorimeters om de enthalpie te meten, maar redelijke resultaten kunnen worden behaald met elke kleine glazen pot. Ongeacht de gebruikte container, vul hem met schoon water uit de jet op kamertemperatuur. Het is ook belangrijk dat u de reactie uitvoert op een plaats met kamertemperatuur.

Voor dit experiment moet u een kleine container gebruiken. We gaan de verandering van enthalpie-effecten met Alka-Seltzer in water testen, zodat hoe lager de hoeveelheid gebruikt water, des te duidelijker de verandering in temperatuur zal zijn.

Titel afbeelding Bereken de enthalpie van een chemische reactie Stap 11

Steek een thermometer in de container. Plaats een thermometer en stel deze in de container zo af dat het uiteinde van de temperatuurlezer onder het waterniveau komt. Neem een aflezing van de watertemperatuur, voor onze doeleinden zal de watertemperatuur de T1 vertegenwoordigen, wat de initiële temperatuur van de reactie is.

Laten we zeggen dat we de temperatuur van het water meten en vaststellen dat het precies 10 graden C is. In een paar stappen zullen we deze monstertemperatuur gebruiken om de principes van enthalpie te demonstreren.

Titel afbeelding Bereken de enthalpie van een chemische reactie Stap 12

Voeg een Alka-Seltzer-tablet toe aan de container. Wanneer u klaar bent om het experiment te starten, laat u een enkele Alka-Seltzer-tablet in het water vallen. U zult onmiddellijk merken dat het begint te borrelen en bruisen. Terwijl de tablet in water oplost, treedt de afbraak van gevormde chemicaliën die bicarbonaat (HCO) vormen op.₃) en citroenzuur (dat reageert in de vorm van waterstofionen, H). Deze chemicaliën reageren om watergas en kooldioxide te vormen in de 3HCO-reactie₃ + 3H → 3H₂O + 3CO₂.

Titel afbeelding Bereken de enthalpie van een chemische reactie Stap 13

Meet de temperatuur wanneer de reactie eindigt. Volg de reactie terwijl u onderweg bent - de Alka-Seltzer-tablet moet geleidelijk oplossen. Zodra de tablet zijn reactie beëindigt (of lijkt te zijn verzakt in een slakkengang), meet u de temperatuur opnieuw. Het water moet iets koeler zijn dan voorheen. Als het warmer is, kan het experiment worden beïnvloed door een externe factor (zoals bijvoorbeeld wanneer de kamer waarin u zich bevindt bijzonder heet is).

Laten we voor ons voorbeeldexperiment zeggen dat de watertemperatuur 8 graden C is nadat het tablet bruisend is afgelopen.

Titel afbeelding Bereken de enthalpie van een chemische reactie Stap 14

Schat de enthalpie van de reactie. In een ideaal experiment, wanneer u de Alka-Seltzer-tablet aan water toevoegt, vormt het water en gasvormige koolstofdioxide (waarvan de laatste te zien is als bubbels) en verlaagt de temperatuur van het water. Uit deze informatie kan een endotherme reactie worden verwacht, dat wil zeggen een reactie die energie absorbeert uit de omgeving. De opgeloste vloeibare reagentia hebben extra energie nodig om de sprong naar het gasvormige product te maken, dus het neemt de energie in de vorm van warmte uit de omgeving (in dit geval het water). Dit veroorzaakt de temperatuurval van het water.

In ons voorbeeldexperiment zakte de watertemperatuur twee graden na het toevoegen van de Alka-Seltzer. Dit komt overeen met de soort enigszins endotherme reactie die we zouden verwachten.

tips

De berekeningen zijn gemaakt met graden Kelvin (K) - een schaal om zowel de temperatuur als de graden Celsius te meten. Om tussen Celsius en Kelvin te converteren, hoef je alleen 273 graden toe te voegen of af te trekken: K = ° C + 273.

Delen op sociale netwerken:

Verwant