Entalpia di reazione, termochimica, esercizi

IL Entalpia di reazione È una funzione termodinamica che consente di calcolare il calore ottenuto o consegnato a una reazione chimica, a condizione che questa reazione si sia verificata a pressione costante. È definito come energia interna o più il prodotto della pressione P dal volume V delle sostanze coinvolte in una reazione chimica, come segue: H = U + P ∙ V

Pertanto l'entalpia ha dimensioni di energia e nel sistema internazionale di misure è misurata in joule. Per comprendere la relazione di entalpia con il calore scambiato in una reazione chimica è necessario ricordare la prima legge della termodinamica, che stabilisce quanto segue: Q = ΔU + W

Figura 1. Nella combustione di un gas l'entalpia diminuisce. Fonte: Pixabay

La prima legge stabilisce che il calore scambiato in un processo termodinamico è uguale alla variazione dell'energia interna delle sostanze coinvolte nel processo più il lavoro svolto da queste sostanze nel processo.

In ogni processo, il lavoro è calcolato dalla seguente relazione:

Nell'espressione precedente VI è il volume iniziale, vf il volume finale e p la pressione. Se il processo viene eseguito sotto costante pressione P, il lavoro risultante sarà:

Dove ΔV è la variazione del volume.

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Definizione 

Le reazioni chimiche sono processi termodinamici che generalmente si verificano sotto una pressione costante e molto frequentemente a pressione atmosferica. Questo tipo di processi termodinamici è chiamato "isobarico", poiché si verifica a una pressione costante.

In questo caso la prima legge della termodinamica può essere scritta in questo modo:

QP = ΔU + P ∙ ΔV

Dove QP indica che il calore è stato scambiato a pressione costante. Se la definizione di entalpia h = u + p ∙ v ottenuta allora:

QP = ΔH

Da lì devi cambiare l'entalpia positiva indica una reazione che ha preso il calore dall'ambiente. Questa è una reazione endotermica.

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Al contrario, se il cambiamento di entalpia è negativo, allora è una reazione esotermica.

In effetti, la parola entalpia viene dalla parola greca Entalpien, il cui significato è "calore".

Spesso l'entalpia si chiama anche calore. Ma deve essere chiaro che non è lo stesso del calore, ma è lo scambio di calore durante il processo termodinamico che cambia l'entalpia.

Relazione di calore

A differenza del calore, l'entalpia è una funzione di stato. Quando viene calcolato il cambiamento di entalpia, viene calcolata la differenza di due funzioni che dipendono esclusivamente dallo stato del sistema come l'energia interna e il volume.

ΔH = ΔU + P ∙ ΔV

Come nella reazione la pressione rimane costante, quindi l'entalpia di reazione è una funzione di stato che dipende solo dall'energia interna e dal volume.

In una reazione chimica, l'entalpia dei reagenti può essere definita come la somma di quella di ciascuno di essi; e quello dei prodotti come la somma dell'entalpia di tutti i prodotti.

Il cambiamento di entalpia in una reazione è la differenza di quella dei prodotti tranne quello dei reagenti:

figura 2. Diagramma entalpico. Fonte: sé realizzato.

In una reazione endotermica, l'entalpia dei prodotti è maggiore di quella dei reagenti; Cioè, la reazione prende calore dall'ambiente. Al contrario, in una reazione esotermica, l'entalpia dei reagenti è maggiore di quella dei prodotti, poiché la reazione dà calore all'ambiente.

Entalpia standard

Poiché il cambiamento di entalpia in una reazione chimica può dipendere dalla pressione e dalla temperatura, è consuetudine definire le condizioni di reazione standard:

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Temperatura di reazione standard: 25 ° C.

Pressione di reazione standard: 1 atm = 1 bar.

L'entalpia standard è indicata come segue: H °

Termochimica

In un'equazione termochimica non solo reagenti e prodotti, anche la variazione dell'entalpia. L'entalpia è intesa come la reazione al cambio di lei che aveva posto durante lo stesso.

Ad esempio, vediamo le seguenti reazioni:

2 H2 (gas) + O2 (gas) → 2 H2O (liquido); ΔH ° = -571,6 kJ (esotermico).

H2 (gas) + (½) O2 (gas) → H2O (liquido); ΔH ° = -285,8 kJ (esotermico).

2 H2O (liquido) → 2 H2 (gas) + O2 (gas); ΔH ° = +571,6 kJ (endotermico).

L'entalpia è una vasta quantità termodinamica

Se i termini di un'equazione chimica sono moltiplicati o divisi per un determinato fattore, allora l'entalpia viene moltiplicata o divisa da essa.

Se viene investita la reazione, viene investito anche il segno dell'entalpia di reazione.

Esercizi risolti

-Esercizio 1

Il gas di acetilene C2H2 è ottenuto dalla reazione in carburo di calcio CAC2 che viene in modo granulato con acqua all'ambiente e alla pressione ambientale.

Come dati, ci sono entalpie di formazione del reagente:

ΔH ° (CAC2) = -59,0 kJ/mol

ΔH ° (H20) = -285,8 kJ/mol

E l'entalpia della formazione del prodotto:

ΔH ° (C2H2) = +227,0 kj/mol

ΔH ° (Ca (OH) 2) = -986,0 kJ/mol

Trova l'entropia standard della reazione.

Soluzione 

La prima cosa è aumentare l'equazione chimica equilibrata:

Cac2 (s) + 2H20 (L) → Ca (OH) 2 (s) + C2H2 (G)

E ora le entalpie dei reagenti, dei prodotti e della reazione:

- Reagenti: -59,0 kJ/mol -2 ∙ 285,8 kJ/mol = -630,6 kj/mol

- Prodotti: -986,0 kJ/mol + 227,0 kJ/mol = -759 kJ/mol

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- Reazione: ΔH ° = -759 kJ/mol -( -630 kJ/mol) = -129 kJ/mol

È una reazione esotermica.

-Esercizio 2

Quando 1 litro di acetilene brucia in condizioni standard, quanto calore si stacca?

Soluzione

La reazione a combustione dell'acetilene una volta bilanciata è così:

C2H2 (G) + (5/2) O2 (G) → 2 CO2 (G) + H20 (L)

Abbiamo bisogno di entalpie di formazione sul prodotto:

ΔH ° (CO2) = -393,5 kJ/mol

ΔH ° (H2O (L)) = -285,8 kJ/mol

Calcolo delle entalpie

Con questi dati possiamo calcolare l'entalpia dei prodotti:

ΔH ° (prodotti) = 2*(-393,5 kj/mol) + (-285,8 kJ/mol) = -1072,8 kJ/mol

E l'entalpia di formazione del reagente:

ΔH ° (C2H2) = 227,0 kJ/mol

ΔH ° (O2) = 0,0 kJ/mol

L'entalpia dei reagenti sarà:

227,0 kJ/mol + (5/2)* 0,0 = 227,0 kJ/mol/mol

L'entalpia di reazione molare sarà quindi: ΔH ° (prodotti) - ΔH ° (reagenti) = -1072,8kj/mol - 227,0 kJ/mol = -1299,8 kJ/mol/mol

Entalpia di combustione

Ora dobbiamo sapere quante moli di acetilene sono un litro di acetilene in condizioni standard. Per questo useremo l'equazione statale di un gas ideale, da cui chiariremo il numero di moli.

Numero di moli N = P*V/(R*T)

P = 1 atm = 1.013 x 10⁵ pa

V = 1 l = 1,0 x 10^-3 m³

R = 8.31 J/(mol*k)

T = 25 ° C = 298,15 K

N = 0,041 mol mol

L'entalpia della combustione di 1 litro di acetilene è 0,041 mol * (-129,8 kJ/mol) = -53,13 kJ

Il segno negativo indica che si tratta di una reazione esotermica che emette 53,13 kJ = 12,69 kcal.

Riferimenti

1. Castaños e. Entalpia nelle reazioni chimiche. Recuperato da: Lidiaconlachimica.WordPress.com
2. Termochimica. Entalpia di reazione. Estratto da: risorse.formazione scolastica.È
3. Termochimica. Definizione di entalpia di reazione standard. Recuperato da: quimitube.com
4. Wikipedia. Entalpia di reazione standard. Recuperato da: Wikipedia.com
5. Wikipedia. Entalpia di formazione. Recuperato da: Wikipedia.com