Cos'è l'entalpia di formazione? (Con esercizi)

IL Entalpia di formazione È il cambiamento sofferto per entalpia nella formazione di una mole di un composto o sostanza in condizioni standard. La condizione di pressione standard viene intesa quando la reazione di formazione viene effettuata a pressione atmosferica da un'atmosfera e a temperatura ambiente di 25 gradi Celsius o 298,15 Kelvin.

Lo stato normale degli elementi reattivi in ​​una reazione di formazione si riferisce allo stato di aggregazione (solido, liquido o gassoso) di più comuni di queste sostanze nelle condizioni standard di pressione e temperatura.

Nella reazione di formazione di un composto, il calore viene scambiato con l'ambiente. Fonte: Pixabay

Lo stato normale si riferisce anche alla forma allotropica più stabile di questi elementi reattivi nelle condizioni di reazione standard.

Entalpía h è una funzione termodinamica definita come energia interna o più il prodotto della pressione P dal volume V delle sostanze coinvolte nella reazione chimica della formazione di una sostanza molare:

H = u + p ∙ v

Entelpía ha dimensioni energetiche e nel sistema internazionale di misure è misurato a Joules.

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Entalpia standard

Il simbolo dell'entalpia è H, ma nel caso specifico dell'entalpia di allenamento è indicato da ΔH0F per indicare che si riferisce al cambiamento sperimentato da questa funzione termodinamica nella reazione di formazione di una mole di un determinato composto in condizioni standard in condizioni standard condizioni.

Nella notazione, Superiorize 0 indica le condizioni standard e il pedice.

Calore di formazione

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:

Q = ΔU + W

Nel caso in questione, la reazione viene eseguita sotto costante pressione, in particolare alla pressione di un'atmosfera, quindi il lavoro sarà il prodotto della pressione per il cambiamento di volume.

Quindi il calore di formazione di un determinato composto che denoteremo da Q0F è correlato alla variazione dell'energia e del volume interne come segue:

Q0F = ΔU + P ΔV

Ma ricordando la definizione di entalpia standard che dobbiamo:

Q0F = ΔH0F

Differenza tra entalpia e calore di formazione

Questa espressione non significa che l'allenamento del calore e l'entalpia di allenamento siano gli stessi. L'interpretazione corretta è che il calore scambiato durante la reazione di formazione ha causato un cambiamento nell'entropia della sostanza formata in relazione ai reagenti in condizioni standard.

D'altra parte, poiché l'entalpia è una vasta funzione termodinamica, il calore della formazione si riferisce sempre a una mole del composto formato.

Se la reazione di allenamento è esotermica, allora l'entalpia di allenamento è negativa.

Al contrario, se la reazione di allenamento è endotermica, allora l'entalpia di allenamento è positiva.

Equazioni termochimiche

In un'equazione di formazione termochimica non solo i reagenti e i prodotti dovrebbero essere indicati. In primo luogo è necessario che l'equazione chimica sia bilanciata in modo tale che la quantità del composto formata sia sempre 1 mol.

D'altra parte nell'equazione chimica, deve essere indicato lo stato dell'aggregazione di reagenti e prodotti. Se necessario, anche la loro forma alotropica deve essere indicata, poiché il calore della formazione dipende da tutti questi fattori.

In un'equazione di formazione termochimica, anche l'entalpia di formazione deve essere indicata.

Diamo un'occhiata ad alcuni esempi di equazioni termochimiche ben razzie:

H2 (G) + ½ O2 (G) → H2O (G); ΔH0F = -241,9 kJ/mol

H2 (G) + ½ O2 (G) → H2O (L); ΔH0F = -285,8 kJ/mol

H2 (G) + ½ O2 (G) → H2O (S); ΔH0F = -292,6 kJ/mol

Considerazioni importanti

- Tutti sono bilanciati in base alla formazione di 1 moli di prodotto.

- È indicato lo stato dell'aggregazione dei reagenti e del prodotto.

- È indicata l'entalpia di formazione.

Si noti che l'entalpia di formazione dipende dallo stato di aggregazione del prodotto. Delle tre reazioni, la più stabile in condizioni standard è la seconda.

Poiché ciò che conta in una reazione chimica e in particolare in una formazione è il cambiamento di entropia e non l'entropia stessa, si concorda che gli elementi puri nella loro forma molecolare e lo stato di aggregazione naturale in condizioni standard hanno un'entropia di addestramento nullo nullo.

Ecco alcuni esempi:

O2 (g); ΔH0F = 0 kJ/mol

Cl2 (g); ΔH0F = 0 kJ/mol

Na (s); ΔH0F = 0 kJ/mol

C (grafite); ΔH0F = 0 kJ/mol

Esercizi risolti

-Esercizio 1

Sapendo che per la formazione dell'Eteno (C2H4) è necessario.

Soluzione 

In primo luogo proponiamo l'equazione chimica e l'equilibrio sulla base di un mole di etene.

Quindi teniamo conto che è necessario fornire calore in modo che la reazione di allenamento sia effettuata, indicando che si tratta di una reazione endotermica e quindi l'entropia di allenamento è positiva.

2 C (grafite solida) + 2 H2 (gas) → C2H4 (gas); ΔH0F = +52 kJ/mol

-Esercizio 2

In condizioni standard sono miscelati in un contenitore di 5 litri di idrogeno e ossigeno. L'ossigeno e l'idrogeno reagiscono completamente senza alcun reagente per formare il perossido di idrogeno. Nella reazione sono stati rilasciati 38,35 kJ di calore all'ambiente.

Posare l'equazione chimica e termochimica. Calcola l'entropia della formazione di perossido di idrogeno.

Soluzione 

La reazione di formazione del perossido di idrogeno è:

H2 (gas) + O2 (gas) → H2O2 (liquido)

Si noti che l'equazione è già bilanciata in base a un mole di prodotto. Cioè, è necessaria una mole di idrogeno e un mole di ossigeno per produrre una mole di perossido di idrogeno.

Ma l'affermazione del problema ci dice che in un contenitore a 5 litri idrogeno e ossigeno sono miscelati in condizioni standard, quindi sappiamo che ciascuno dei gas occupa 5 litri.

Uso di condizioni standard per ottenere l'equazione termochimica

D'altra parte, le condizioni standard sono comprese.

In condizioni standard 1 mol di gas ideale occuperà 24,47 L, come può essere verificato dal seguente calcolo:

V = (1 mol * 8.3145 J / (mol * K) * 298,15 K) / 1.03 x 10⁵ Pa = 0,02447 m³ = 24,47 L.

Come disponibile per 5 L, il numero di moli di ciascuno dei gas è dato da:

5 litri / 24,47 litri / mol = 0,204 moli di ciascuno dei gas.

Secondo l'equazione chimica equilibrata, si formeranno 0,204 moli di perossido di idrogeno in cui hanno rilasciato 38,35 kJ di calore nell'ambiente. Cioè, per formare un mole di perossido, sono necessarie 38,35 kJ / 0,204 moli = 188 kJ / mol.

Inoltre, poiché il calore viene rilasciato all'ambiente durante la reazione, quindi l'entalpia di formazione è negativa. Infine, la seguente equazione termochimica:

H2 (gas) + O2 (gas) → H2O2 (liquido); ΔH0F = -188 kJ/mol

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. Termochimica. Definizione di entalpia di formazione ed esempi. Recuperato da: quimitube.com
5. Wikipedia. Entalpia di reazione standard. Recuperato da: Wikipedia.com
6. Wikipedia. Entalpia di formazione. Recuperato da: Wikipedia.com