ТОПЛИНА НА РАЗТВОРА: КАК СЕ ИЗЧИСЛЯВА, ПРИЛОЖЕНИЯ И УПРАЖНЕНИЯ - ФИЗИЧЕСКИ - 2025

В топлината на разтвор или енталпията на разтвора е топлината, която се абсорбира или освободени по време на процеса на разтваряне на определено количество от разтвореното вещество в разтворителя, при условие на постоянно налягане.

Когато се проведе химическа реакция, е необходима енергия както за образуване, така и за разрушаване на връзки, които позволяват образуването на нови вещества. Енергията, която протича за протичането на тези процеси, е топлината, а термохимията е отрасъл на науката, който отговаря за изучаването им.

Източник: Pixnio.

Що се отнася до понятието енталпия, то се използва за обозначаване на топлинния поток, когато химичните процеси протичат при условия на постоянно налягане. Създаването на този термин се приписва на холандския физик Хайке Камерлинг Онес (1853 - 1926), същия, който е открил свръхпроводимост.

Как се изчислява?

За да намерим енталпията, трябва да започнем от първия закон на термодинамиката, който счита, че изменението на вътрешната енергия ΔU на една система се дължи на погълнатата топлина Q и работата W, извършена върху нея от някакъв външен агент:

Когато работата е отрицателен интеграл върху целия обем на продукта на налягане и диференциална промяна в обема. Това определение е еквивалентно на отрицателния интеграл от скаларното произведение на силата и вектора на преместване при механична работа:

Когато се приложи посоченото по-горе условие за постоянно налягане, P може да излезе от интеграла; следователно работата е:

-Експресия за енталпия

Ако този резултат е заместен в Δ U, получаваме:

Количеството U + PV се нарича енталпия H, така че:

Енталпията се измерва в джаули, тъй като е енергия.

Енталпия на разтвора

Първоначалните компоненти на разтвора са разтворени и разтворители и имат оригинална енталпия. Когато това разтваряне ще има своя собствена енталпия.

В този случай промяната на енталпията в джаулите може да се изрази като:

Или в стандартна енталпия форма ΔH ^o, където резултатът е в джаул / мол

Ако реакцията отделя топлина, знакът на ΔH е отрицателен (екзотермичен процес), ако той поглъща топлина (ендотермичен процес), знакът ще бъде положителен. И естествено, стойността на енталпията на разтвора ще зависи от концентрацията на крайния разтвор.

Приложения

Много йонни съединения са разтворими в полярни разтворители, като вода. Разтворите на сол (натриев хлорид) във вода или физиологичен разтвор са често използвани. Сега енталпията на разтвора може да се разглежда като принос на две енергии:

- Едно за разрушаване на връзките разтворим и разтворител-разтворител

- Другото е необходимото при образуването на нови връзки разтворител-разтворител.

В случай на разтваряне на йонна сол във вода, е необходимо да се знае т. Нар. Решетъчна енталпия на твърдото вещество и енталпията на хидратацията за образуване на разтвора, в случай на вода. Ако не е вода, тогава тя се нарича енталпия на солвата.

Енталпията на решетката е енергията, необходима за разпадането на йонната мрежа и образуването на газообразни йони, процес, който е винаги ендотермичен, тъй като енергията трябва да бъде доставена на твърдото вещество, за да го раздели на съставните йони и да ги доведе до газообразно състояние.

От друга страна, процесите на хидратация винаги са екзотермични, тъй като хидратираните йони са по-стабилни от йони в газообразно състояние.

По този начин създаването на разтвора може да бъде екзотермично или ендотермично, в зависимост от това дали разпадането на йонната решетка на разтвореното вещество изисква повече или по-малко енергия, отколкото осигурява хидратацията.

Измервания с калориметъра

На практика е възможно да се измери ΔH в калориметър, който основно се състои от изолиран контейнер, оборудван с термометър и разбъркваща пръчка.

Що се отнася до контейнера, в него почти винаги се налива вода, което е калориметрична течност par excellence, тъй като нейните свойства са универсалната отправна точка за всички течности.

Стар калориметър, използван от Lavoisier. Източник: Густавокара.

Разбира се, материалите на калориметъра също участват в топлообмена, освен вода. Но топлинният капацитет на целия монтаж, наречен постоянна калориметър, може да се определи отделно от реакцията и след това да се вземе предвид, когато се проведе.

Енергийният баланс е както следва, като се помни условието, че няма изтичане на енергия в системата:

- Течната вода се образува:

½ O ₂ + ½ H ₂ → H ₂ O _{течност}; Δ Н ^о = -285.9 кДж / мол

- Сега трябва да създадете решението:

_Твърд К + H ₂ O → Уг Н ₂ + _воден КОН; Δ H ^o = -2011 kJ / mol

Обърнете внимание, че знакът за енталпията на разпадането на KOH е обърнат, което се дължи на закона на Хес: когато реагентите се превръщат в продукти, промяната на енталпията не зависи от следваните стъпки и кога уравнението трябва да бъде обърнато, както в този случай, знакът за промяна на енталпията.

Енергийният баланс е алгебричната сума на енталпиите:

-Упражнение 2

Енталпията на разтвора за следващата реакция се определя в калориметър с постоянно налягане, а константата на калориметъра е 342.5 J / K. Когато 1.423 грама натриев сулфат Na ₂ SO _{4 се} разтваря в 100.34 грама вода, промяната на температурата е 0.037 К. Изчисли стандартната енталпия на разтвор Na ₂ SO ₄ от тези данни.

Решение

Стандартната енталпия на разтвора се решава от уравнението, дадено по-горе:

За натриев сулфат: M _s = 142,04 g / mol; m _s = 1.423 g

И за вода: m _вода = 100,34 g; М _вода = 18.02 g / mol; С _{вода; m} = 75.291 J / K мол

Δ T = 0,037 K

C _{калориметър} = 342.5 J / K

Препратки

1. Cengel, Y. 2012. Термодинамика. 7-ми изд. Mc.Graw Hill. 782 - 790
2. Енгел, Т. 2007. Въведение във физикохимията: термодинамика. Pearson Education. 63-78.
3. Giancoli, D. 2006. Физика: Принципи на приложение. 6-та.. Зала „Ед Прентис“. 384-391.
4. Maron, S. 2002. Основи на физикохимията. Limusa. 152-155.
5. Serway, R., Jewett, J. (2008). Физика за наука и инженерство. Том 1. 7-ми. Ed. Cengage Learning. 553-567.