TEPLO ŘEŠENÍ: JAK SE POČÍTÁ, APLIKACE A CVIČENÍ - FYZICKÝ - 2025

Teplo roztoku nebo entalpie řešení je teplo, které je absorbováno nebo uvolňuje během rozpouštěcího procesu určité množství rozpuštěné látky v rozpouštědle, za podmínek konstantního tlaku.

Když dojde k chemické reakci, je zapotřebí energie k vytvoření i k přerušení vazeb, které umožňují tvorbu nových látek. Energie, která proudí k tomu, aby tyto procesy proběhly, je teplo a termochemie je odvětví vědy, které je zodpovídá za jejich studium.

Zdroj: Pixnio.

Pokud jde o termín entalpie, používá se k označení tepelného toku, když chemické procesy probíhají za podmínek konstantního tlaku. Vytvoření tohoto termínu je přičítáno nizozemskému fyzikovi Heikeovi Kamerlinghovi Onnesovi (1853 - 1926), stejnému, který objevil supravodivost.

Jak se počítá?

Abychom našli entalpii, musíme začít od prvního zákona termodynamiky, který se domnívá, že kolísání vnitřní energie ΔU systému je způsobeno absorbovaným teplem Q a prací W provedenou některým externím činitelem:

Kde je práce negativním integrálem v celém objemu produktu tlaku a diferenciální změny objemu. Tato definice je ekvivalentem záporného integrálu skalárního součinu síly a vektoru posunutí při mechanické práci:

Při použití výše uvedené podmínky konstantního tlaku může P vyjít z integrálu; práce je tedy:

-Výraz pro entalpii

Pokud je tento výsledek nahrazen Δ U, získáme:

Množství U + PV se nazývá entalpie H, takže:

Entalpie se měří v joulech, protože se jedná o energii.

Entalpie roztoku

Počáteční složky roztoku jsou solut a rozpouštědlo a mají původní entalpii. Když dojde k tomuto rozpuštění, bude mít svou vlastní entalpii.

V tomto případě lze entalpickou změnu v joulech vyjádřit jako:

Buď ve standardní entalpické formě ΔH ^o, kde je výsledek v joulech / mol

Pokud reakce uvolní teplo, znaménko ΔH je negativní (exotermický proces), pokud absorbuje teplo (endotermický proces), znaménko bude pozitivní. A hodnota entalpie roztoku bude samozřejmě záviset na koncentraci konečného roztoku.

Aplikace

Mnoho iontových sloučenin je rozpustných v polárních rozpouštědlech, jako je voda. Roztoky soli (chlorid sodný) ve vodě nebo solném roztoku se běžně používají. Nyní lze entalpii řešení považovat za příspěvek dvou energií:

- Jeden pro přerušení vazby mezi solutem a solutem

- Druhé je to, co je vyžadováno při vytváření nových vazeb mezi solutem a rozpouštědlem.

V případě rozpuštění iontové soli ve vodě je nutné znát tzv. Retikulární entalpii pevné látky a entalpii hydratace, aby se vytvořil roztok, v případě vody. Pokud to není voda, nazývá se to entalpie solvatace.

Entalpie mříže je energie potřebná k rozbití iontové mříže a vytvoření plynných iontů, což je proces, který je vždy endotermický, protože energie musí být dodána pevné látce, aby ji rozdělila na její základní ionty a uvedla je do plynného stavu.

Na druhé straně hydratační procesy jsou vždy exotermické, protože hydratované ionty jsou v plynném stavu stabilnější než ionty.

Tímto způsobem může být vytvoření roztoku exotermické nebo endotermické v závislosti na tom, zda rozpad iontové mřížky solutu vyžaduje více nebo méně energie, než poskytuje hydratace.

Měření pomocí kalorimetru

V praxi je možné měřit AH v kalorimetru, který v zásadě sestává z izolované nádoby vybavené teploměrem a míchací tyčí.

Pokud jde o nádobu, voda je do ní téměř vždy nalita, což je kalorimetrická kapalina par excellence, protože její vlastnosti jsou univerzální referencí pro všechny kapaliny.

Starý kalorimetr používaný Lavoisierem. Zdroj: Gustavocarra.

Materiály kalorimetru se samozřejmě kromě vody podílejí také na výměně tepla. Ale tepelná kapacita celku, nazývaná kalorimetrická konstanta, může být stanovena odděleně od reakce a poté zohledněna při reakci.

Energetická bilance je následující a pamatuje si na podmínku, že v systému nedochází k únikům energie:

- Vytváří se kapalná voda:

½ O ₂ + a půl H ₂ → H ₂ O _kapalina; Δ H ^o = -285,9 kJ / mol

- Nyní musíte vytvořit řešení:

_Pevné K + H ₂ O → půl H ₂ + _vodný KOH; Δ H ^o = -2011 kJ / mol

Všimněte si, že znamení entalpie rozpadu KOH bylo invertováno, což je způsobeno Hessovým zákonem: když jsou reakční složky přeměněny na produkty, změna entalpie nezávisí na sledovaných krocích a kdy je třeba převrátit rovnici, jako v tomto případě entalpie mění znaménko.

Energetická bilance je algebraický součet entalpií:

- Cvičení 2

Entalpie roztoku pro další reakci se stanoví v kalorimetru s konstantním tlakem a je známo, že kalorimetrická konstanta je 342,5 J / K. Když se 1,423 g síranu sodného Na ₂ SO _{4 se} rozpustí v 100.34 g vody, změna teploty 0,037 K. Výpočet standardní entalpie roztoku Na ₂ SO ₄ z těchto dat.

Řešení

Standardní entalpie roztoku je řešena z výše uvedené rovnice:

Pro síran sodný: M _s = 142,04 g / mol; m _s = 1,423 g

A pro vodu: m _voda = 100,34 g; M _voda = 18,02 g / mol; C _{voda, m} = 75,291 J / K mol

A T = 0,037 K

C _kalorimetr = 342,5 J / K

Reference

1. Cengel, Y. 2012. Termodynamika. 7. vydání Mc.Graw Hill. 782 - 790
2. Engel, T. 2007. Úvod do fyzikální chemie: termodynamika. Pearsonovo vzdělávání. 63-78.
3. Giancoli, D. 2006. Fyzika: Principy s aplikacemi. 6… Ed Prentice Hall. 384-391.
4. Maron, S. 2002. Základy fyzikální chemie. Limusa. 152-155.
5. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fyzika pro vědu a techniku. Svazek 1. 7. Ed. Cengage Learning. 553-567.