Oplossing Warmte Hoe berekend, toepassingen en oefeningen

Hij Oplossing Warmte O Enthalpy of Solution is de warmte die wordt geabsorbeerd of losgemaakt tijdens het oplossingsproces van een bepaalde hoeveelheid opgeloste stof in het oplosmiddel, onder de voorwaarde van constante druk.

Wanneer een chemische reactie plaatsvindt, is energie vereist om zowel verbindingen als te verbreken die de vorming van nieuwe stoffen mogelijk maken. De energie die stroomt zodat deze processen plaatsvinden is warmte, en thermochemie is de tak van de wetenschap die verantwoordelijk is voor het bestuderen ervan.

Bron: Pixnio.

Met betrekking tot de term enthalpía, dit Het wordt gebruikt om warmtestroom aan te roepen wanneer chemische processen optreden onder constante drukomstandigheden. De oprichting van deze term wordt toegeschreven aan de Nederlandse fysicus Heike Kamerlingh Onnes (1853 - 1926), dezelfde die supergeleiding ontdekte.

[TOC]

Hoe wordt het berekend?

Om de enthalpie te vinden, is het noodzakelijk om te beginnen met de eerste wet van de thermodynamica, die van mening is dat de variatie in de interne energie Δu van een systeem te wijten is aan de geabsorbeerde warmte van warmte en om er door een externe agent aan te werken:

Δu = q + w

Waar werk de negatieve integrale is vooral het volume van de druk van de druk door de differentiële verandering van volume. Deze definitie is gelijk aan de negatieve integrale van het scalaire productproduct door de vectorverplaatsing in mechanisch werk:

Wanneer de hierboven genoemde constante drukconditie wordt toegepast, kan P buiten de integraal zijn; Daarom is het werk:

W = -p (v_F -V_of) = -PδV

-De uitdrukking voor enthalpie

Als dit resultaat wordt vervangen in δOF is verkregen:

Δu = q - pδV

Q = δU + pδV = u_F - OF_of + P (V_F -V_of) = U_F + PV_F - ( OF_of + PV_of ))

De hoeveelheid U + PV Het wordt enthalpía genoemd H, zodat:

Q = H_F - H_of = ΔH

Enthalpy wordt gemeten in joules, omdat het energie is.

Het kan u van dienst zijn: verschillen tussen snelheid en snelheid (met voorbeelden)

Oplossing Enthalpy

De eerste componenten van een oplossing zijn opgeloste stof en oplosmiddel, en ze hebben een originele enthalpie. Wanneer deze oplossing wordt uitgevoerd, heeft deze een eigen enthalpie.

In dit geval kunt u de variatie van enthalpie in joules uitdrukken als:

ΔH = h_oplossing - H_reagentia

Of in de standaard enthalpie -vorm AH^of, Waar het resultaat is in joule/mol

AH^of = H^of _oplossing - H^of_reagentia

Als de reactie warmte afgeeft, het teken van AH Het is negatief (exotherme proces), als het warmte absorbeert (endotherm proces), zal het teken positief zijn. En natuurlijk hangt de waarde van de oplossing enthalpie af van de concentratie van de uiteindelijke oplossing.

Toepassingen

Veel ionische verbindingen zijn oplosbaar in polaire oplosmiddelen, zoals water. Zoutoplossingen (natriumchloride) in water of pekel worden vaak gebruikt. Nu kan de enthalpie van de oplossing worden beschouwd als de bijdrage van twee energieën:

- Eén om de links opgeloste oplosmiddelen en oplosmiddelen te verbreken

- De andere is degene die nodig is bij de vorming van nieuw-oplosmiddelverbindingen.

In het geval van het oplossen van een waterzout is het vereist om de zo gezamenlijke te kennen Reticulaire enthalpie van de vaste stof en de Hydratatie -enthalpie Om de oplossing te vormen, in het geval van water. Als het niet om water gaat, wordt het genoemd Solvation Enthalpy.

De Reticulaire enthalpie Het is de noodzakelijke energie voor de breuk van het ionische netwerk en de gasvormige ionen vormt, een proces dat altijd endotherm is, omdat energie aan de vaste stof moet worden geleverd om het in zijn samenstellende ionen te scheiden en naar de gasvormige toestand te brengen.

Aan de andere kant zijn hydratatieprocessen altijd exotherme, omdat gehydrateerde ionen stabieler zijn dan ionen in een gasvormige toestand.

Op deze manier kan het creëren van de oplossing exotherme of endotherm zijn.

Kan u van dienst zijn: golvende fenomenen

Metingen met calorimeter

In de praktijk is het mogelijk om te meten AH In een calorimeter, die in principe bestaat uit een geïsoleerde container voorzien van een thermometer en een agiterende staaf.

Wat de container betreft, water wordt bijna altijd gegoten, wat de calorimetrische vloeibare bij uitstek is, omdat de eigenschappen de universele referentie zijn voor alle vloeistoffen.

Oude calorimeter gebruikt door Lavoisier. Bron: Gustavocarra [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/4.0)].

Natuurlijk komen calorimeter -materialen ook in op warmtewisseling, naast water. Maar de calorische capaciteit van de hele set, genoemd constante van de calorimeter, kan afzonderlijk van de reactie worden bepaald en er vervolgens rekening mee houden wanneer deze plaatsvindt.

De energiebalans is als volgt en herinnert zich de voorwaarde dat er geen energielekken in het systeem zijn:

ΔH _oplossing + ΔH _water + C _calorimeter ΔT = 0

Waar vandaan:

ΔH _oplossing = - m _water . C _water . ΔT - c _calorimeter ΔT = -Q _water - Q _calorimeter

En om de standaard enthalpie te verkrijgen:

Waar:

- Soluto -massa: m_S

- Molecuulgewicht van de opgeloste stof: m_S

- Watermassa: m_water

- Watermolecuulgewicht: m_water

- Water molaire warmtecapaciteit: c_{water ; M}*

- Temperatuurverandering: AT

*C_P.m van water is 75.291 J/Mol . K

Opgeloste oefeningen

-Oefening 1

KOH Solid kaliumvorming Enthalpie is AH^of = +426 kJ/mol, Het vloeibare water h₂Of het is 285.9 kJ/mol.

Het is ook bekend dat wanneer metalen kaliumhydroxide reageert met vloeibaar water, waterstof en δH^of = -2011 kJ/mol. Bereken met deze gegevens de endalpy van de KOH -oplossing in water.

Oplossing

- KOH is desintestant in zijn componenten:

Koh_stevig → K_stevig + ½ O₂ + ½ H₂;  ΔH^of = - 426 kJ/mol

- Vloeibaar water wordt gevormd:

Kan u van dienst zijn: takken van klassieke en moderne fysica

½ O₂ + ½ H₂ → h₂OF_Vloeistof;  ΔH^of = -285.9 kJ/mol

- Nu moet u de oplossing vormen:

K_stevig + H₂O → ½ h₂ + Koh_waterig ; ΔH^of = -2011 kj/mol

Merk op dat het teken van de KOH -desintegratie -enthalpie is geïnvesteerd, wat te wijten is aan de HESS -wet: wanneer de reagentia producten worden, hangt de verandering van enthalpie niet af van de stappen op een rij en wanneer de vergelijking nodig is om te investeren, als In dit geval tekent enthalpie -veranderingen teken.

Energiebalans is de algebraïsche som van enthalpieën:

- 426 kJ/K - 285.9 kJ/mol - 2011 kj/mol = -2722.9 kJ/mol

-Oefening 2

De oplossing van oplossing voor de volgende reactie wordt bepaald in een constante drukcalorimeter en het is bekend dat de calorimeterconstante 342 is.5 J/K. Wanneer 1 oplossen.423 g natriumsulfaat na₂SW₄ In 100.34 g water, de temperatuurvariatie is 0.037 K. Bereken de standaardoplossing van oplossing voor de NA₂SW₄ Uit deze gegevens.

Oplossing

De standaard enthalpie van de oplossing is duidelijk uit de eerder gegeven vergelijking:

En wordt berekend met behulp van de volgende tabelgegevens:

Voor natriumsulfaat: m_S = 142.04 g/mol; M_S = 1.423 g

En voor water: m_water = 100.34 g; M_water = 18.02 g/mol; C_{water; m} = 75.291 J/K mol

ΔT = 0.037 K

C _calorimeter = 342.5 J/K

Referenties

1. Cengel, en. 2012.Thermodynamica. 7e ed. MC.Graw Hill. 782 - 790
2. Engel, T. 2007. Inleiding tot fysicochemie: thermodynamica. Pearson Education. 63-78.
3. Giancoli, D.  2006. Fysica: principes met toepassingen. 6e ... Ed Prentice Hall. 384-391.
4. Maron, s. 2002. Fundamentals of Physicochemistry. Limusa. 152-155.
5. Serway, r., Jewett, J. (2008). Natuurkunde voor wetenschap en engineering. Deel 1. 7e. ED. Cengage leren. 553-567.