Tüm kimyasal reaksiyonlarda, çevreden ısı alınabilir veya çevreye salınabilir. Bir kimyasal reaksiyon ile çevresi arasındaki ısı değişimi, reaksiyonun entalpisi veya H olarak bilinir. Ancak H doğrudan ölçülemez - bunun yerine bilim adamları, entalpideki değişikliği bulmak için bir reaksiyonun zaman içindeki sıcaklığındaki değişikliği kullanırlar. zamanla (olarak yazılır H). H ile bir bilim adamı, bir reaksiyonun ısı mı verdiğini (veya "ekzotermik") veya ısı aldığını (veya "endotermik") olup olmadığını belirleyebilir. Genel olarak, H = m x s x Tburada m, reaktanların kütlesidir, s, ürünlerin özgül ısısıdır ve T, reaksiyondaki sıcaklıktaki değişikliktir.
Adım
Yöntem 1/3: Entalpi Problemlerini Çözme
Adım 1. Ürünlerinizin ve reaktanların reaksiyonunu belirleyin
Herhangi bir kimyasal reaksiyon iki kimyasal kategori içerir - ürünler ve reaktanlar. Ürünler, reaksiyonlardan kaynaklanan kimyasal maddelerdir, reaktanlar ise ürünleri üretmek için birleşen veya ayrılan kimyasal maddelerdir. Başka bir deyişle, bir reaksiyonun reaktanları bir yemek tarifinin bileşenleri gibidir, ürünler ise bitmiş gıdadır. Bir reaksiyonun H'sini bulmak için önce ürünleri ve reaktanları tanımlayın.
Örneğin, hidrojen ve oksijenden su oluşumu için reaksiyonun entalpisini bulacağımızı varsayalım: 2H2 (Hidrojen) + O2 (Oksijen) → 2H2O (Su). Bu denklemde, H2 ve Ö2 reaktandır ve H2Ö bir üründür.
Adım 2. Reaktanların toplam kütlesini belirleyin
Ardından, reaktanlarınızın kütlesini bulun. Kütlesini bilmiyorsanız ve bilimsel ölçekte tartamıyorsanız, gerçek kütlesini bulmak için molar kütlesini kullanabilirsiniz. Molar kütle, düzenli periyodik tabloda (tek elementler için) ve diğer kimyasal kaynaklarda (moleküller ve bileşikler için) bulunabilen bir sabittir. Reaktanların kütlesini bulmak için her bir reaktantın molar kütlesini mol sayısıyla çarpmanız yeterlidir.
-
Su örneğinde, reaktanlarımız, molar kütleleri 2 g ve 32 g olan hidrojen ve oksijen gazlarıdır. 2 mol hidrojen kullandığımız için (H'deki 2 katsayısına bakılırsa)2) ve 1 mol oksijen (O'daki katsayıların yokluğuna bakılırsa)2), reaktanların toplam kütlesini aşağıdaki gibi hesaplayabiliriz:
2 × (2g) + 1 × (32g) = 4g + 32g = 36g
Adım 3. Ürününüzün özgül ısısını bulun
Ardından, analiz ettiğiniz ürünün özgül ısısını bulun. Her element veya molekülün belirli bir ısısı vardır: bu değer sabittir ve genellikle kimya öğrenme kaynaklarında bulunur (örneğin, bir kimya ders kitabının arkasındaki tabloda). Özgül ısıyı hesaplamanın farklı yolları vardır, ancak kullandığımız formül için Joule/gram °C birimini kullanıyoruz.
- Denkleminizde birden fazla ürün varsa, her bir ürünü üretmek için kullanılan elementlerin tepkimelerinin entalpisini hesaplamanız ve ardından tepkimenin toplam entalpisini bulmak için bunları toplamanız gerekeceğini unutmayın.
- Örneğimizde, nihai ürün, özgül ısısı yakl. 4,2 joule/gram °C.
Adım 4. Reaksiyon gerçekleştikten sonra sıcaklıktaki farkı bulun
Daha sonra, reaksiyondan önce ve sonra sıcaklıktaki değişim olan T'yi bulacağız. Reaksiyonun (veya T1) başlangıç sıcaklığını, reaksiyondan (veya T2) sonraki son sıcaklıktan hesaplamak için çıkarın. Çoğu kimyasal çalışmada olduğu gibi, Kelvin (K) sıcaklığı kullanılır (santigrat (C) aynı sonucu vermesine rağmen).
-
Örneğimiz için, reaksiyonun başlangıç sıcaklığının 185K olduğunu ancak reaksiyon tamamlandığında 95K'ya soğuduğunu varsayalım. Bu problemde T aşağıdaki gibi hesaplanır:
T = T2 – T1 = 95K – 185K = - 90K
Adım 5. Çözmek için H = m x s x T formülünü kullanın
Eğer m, reaktanların kütlesi, s, ürünlerin özgül ısısı ve T, reaksiyonun sıcaklığındaki değişiklik varsa, o zaman reaksiyonun entalpisini bulmaya hazırsınız. Değerlerinizi H = m x s x T formülüne takın ve çözmek için çarpın. Cevabınız enerji birimlerinde, yani Joule (J) olarak yazılmıştır.
-
Örnek problemimiz için reaksiyonun entalpisi:
H = (36g) × (4.2 JK-1 g-1) × (-90K) = - 13,608 J
Adım 6. Reaksiyonunuzun enerji alıp almadığını veya kaybettiğini belirleyin
Çeşitli reaksiyonlar için H'yi hesaplamanın en yaygın nedenlerinden biri, reaksiyonun ekzotermik (enerji kaybeder ve ısı verir) veya endotermik (enerji kazanır ve ısı emer) olup olmadığını belirlemektir. H için son yanıtınızın işareti pozitifse, reaksiyon endotermiktir. Bu arada, işaret negatifse, reaksiyon ekzotermiktir. Sayı ne kadar büyük olursa, ekzo veya endotermik reaksiyon o kadar büyük olur. Güçlü ekzotermik reaksiyonlara karşı dikkatli olun - bazen çok hızlı serbest bırakılırsa patlamaya neden olabilecek büyük miktarlarda enerji açığa çıkarırlar.
Örneğimizde, son cevap -13608J'dir. İşaret negatif olduğu için tepkimizin olduğunu biliyoruz. ekzotermik. Bu mantıklı - H2 ve O2 bir gazdır, H ise2O, ürün, bir sıvıdır. Sıcak gaz (buhar şeklinde), bir sıvı oluşturmak üzere soğutmak için ısı şeklinde çevreye enerji salmalıdır, yani H oluşturmak için reaksiyon.2O ekzotermiktir.
Yöntem 2/3: Entalpi Büyüklüğünü Tahmin Etme
Adım 1. Entalpiyi tahmin etmek için bağ enerjilerini kullanın
Hemen hemen tüm kimyasal reaksiyonlar, atomlar arasındaki bağların oluşumunu veya kopmasını içerir. Kimyasal reaksiyonlarda enerji yok edilemediği veya yaratılamayacağı için, bir reaksiyonda bağları oluşturmak veya kırmak için gereken enerji miktarını biliyorsak, bu bağları toplayarak genel reaksiyon için entalpi değişimini yüksek bir doğrulukla tahmin edebiliriz. enerjiler.
-
Örneğin, kullanılan reaksiyon H2 + F2 → 2HF. Bu denklemde, H. molekülündeki H atomlarını parçalamak için gereken enerji,2 436 kJ/mol iken F için gereken enerji2 158 kJ/mol'dür. Son olarak, H ve F'den HF oluşturmak için gereken enerji = -568 kJ/mol'dür. 2 ile çarpıyoruz çünkü denklemdeki ürün 2 HF, yani bu 2 × -568 = -1136 kJ/mol. Hepsini bir araya toplayarak şunu elde ederiz:
436 + 158 + -1136 = - 542 kJ/mol.
Adım 2. Entalpiyi tahmin etmek için oluşum entalpisini kullanın
Oluşum entalpisi, kimyasal bir madde üretmek için bir reaksiyonun entalpi değişimini temsil eden bir dizi H değeridir. Denklemdeki ürünleri ve reaktanları üretmek için gereken oluşum entalpisini biliyorsanız, yukarıda açıklanan bağ enerjileri gibi entalpiyi tahmin etmek için bunları toplayabilirsiniz.
-
Örneğin, kullanılan denklem C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O. Bu denklemde, aşağıdaki reaksiyon için oluşum entalpisinin şöyle olduğunu biliyoruz:
C2H5OH → 2C + 3H2 +0.5O2 = 228 kJ/mol
2C + 2O2 → 2CO2 = -394 × 2 = -788 kJ/mol
3H2 +1.5 O2 → 3H2O = -286 × 3 = -858 kJ/mol
C'yi elde etmek için bu denklemleri toplayabileceğimize göre2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O, entalpiyi bulmaya çalıştığımız reaksiyondan, bu reaksiyonun entalpisini bulmak için sadece yukarıdaki oluşum reaksiyonunun entalpisini toplamamız gerekir, aşağıdaki gibi:
228 + -788 + -858 = - 1418 kJ/mol.
Adım 3. Denklemi tersine çevirirken işareti değiştirmeyi unutmayın
Bir reaksiyonun entalpisini hesaplamak için oluşum entalpisini kullandığınızda, elementlerin reaksiyonu için denklemi tersine çevirdiğinizde oluşum entalpisinin işaretini değiştirmeniz gerektiğine dikkat etmek önemlidir. Başka bir deyişle, ürünler ve reaktanlar birbirini götürecek şekilde bir reaksiyonun oluşumu için denklemlerinizden birini veya daha fazlasını ters çevirirseniz, takas ettiğiniz oluşum reaksiyonunun entalpisinin işaretini değiştirin.
Yukarıdaki örnekte, C için kullandığımız oluşum reaksiyonunun2H5OH baş aşağı. C2H5OH → 2C + 3H2 +0.5O2 C'yi göster2H5OH bölünür, oluşmaz. Bu denklemi, ürünler ve reaktanlar birbirini götürecek şekilde tersine çevirdiğimiz için, oluşum entalpisinin işaretini 228 kJ/mol verecek şekilde değiştirdik. Aslında, C için oluşum entalpisi2H5OH, -228 kJ/mol'dür.
Yöntem 3/3: Deneylerde Entalpi Değişimini Gözlemleme
Adım 1. Temiz bir kap alın ve suyla doldurun
Basit bir deneyle entalpi ilkesini görmek kolaydır. Deneysel reaksiyonunuzun harici maddelerle kontamine olmadığından emin olmak için kullanmayı düşündüğünüz kapları temizleyin ve sterilize edin. Bilim adamları entalpiyi ölçmek için kalorimetre adı verilen özel sızdırmaz kaplar kullanırlar, ancak herhangi bir cam veya küçük test tüpü ile iyi sonuçlar alabilirsiniz. Hangi kabı kullanırsanız kullanın, temiz, oda sıcaklığında suyla doldurun. Ayrıca soğuk bir sıcaklıkta bir odada deney yapmalısınız.
Bu deney için oldukça küçük bir kaba ihtiyacınız olacak. Alka-Seltzer'in entalpi değişiminin su üzerindeki etkisini inceleyeceğiz, bu nedenle ne kadar az su kullanırsanız sıcaklık değişimi o kadar belirgin olacaktır
Adım 2. Termometreyi kaba yerleştirin
Bir termometre alın ve termometrenin ucu suyun altında kalacak şekilde kabın içine koyun. Suyun sıcaklığını okuyun - bizim amacımız için suyun sıcaklığı, reaksiyonun başlangıç sıcaklığı olan T1 ile gösterilir.
Diyelim ki suyun sıcaklığını ölçüyoruz ve sonuç 10 derece C. Birkaç adımda bu sıcaklık okumalarını entalpi ilkesini kanıtlamak için kullanacağız
Adım 3. Konteynere bir Alka-Seltzer ekleyin
Deneye başlamaya hazır olduğunuzda suya bir Alka-Seltzer bırakın. Tahılın köpürdüğünü ve tısladığını hemen fark edeceksiniz. Boncuklar suda çözündüklerinde kimyasal bikarbonata (HCO.) ayrışırlar.3-) ve sitrik asit (hidrojen iyonları şeklinde reaksiyona giren, H+). Bu kimyasallar, 3HCO denkleminde su ve karbondioksit gazı oluşturmak üzere reaksiyona girer.3− + 3H+ → 3H2O + 3CO2.
Adım 4. Reaksiyon tamamlandığında sıcaklığı ölçün
Reaksiyonun ilerleyişini izleyin - Alka-Seltzer granülleri yavaş yavaş çözülecektir. Tahıl reaksiyonu biter bitmez (veya yavaşlarsa), sıcaklığı tekrar ölçün. Su öncekinden daha soğuk olmalıdır. Daha sıcaksa, deney dış güçlerden etkilenebilir (örneğin, içinde bulunduğunuz oda sıcaksa).
Deneysel örneğimiz için, taneler köpürmeyi bıraktıktan sonra suyun sıcaklığının 8 derece C olduğunu varsayalım
Adım 5. Reaksiyonun entalpisini tahmin edin
İdeal bir deneyde, bir Alka-Seltzer tanesini suya düşürdüğünüzde, su ve karbondioksit gazı oluşturur (gaz tıslayan bir balon olarak görülebilir) ve suyun sıcaklığının düşmesine neden olur. Bu bilgiden, reaksiyonun endotermik olduğunu tahmin ediyoruz - yani, çevredeki ortamdan enerji emer. Çözünmüş sıvı reaktanlar, gaz halinde bir ürün üretmek için ek enerji gerektirir, bu nedenle çevreden ısı şeklinde enerjiyi emerler (bu deneyde, su). Bu, su sıcaklığının düşmesine neden olur.
