エンタルピーとは



の エンタルピー それは、体積を持ち、圧力を受けており、その環境と交換することができる、身体（システム）に含まれるエネルギー量の尺度です。それは文字Hで表されます。それに関連した物理的単位は7月です（J = kgm 2 / s 2）.

数学的には次のように表すことができます。

H = U + PV

どこで：

H =エンタルピー

U =システムの内部エネルギー

P =圧力

V =ボリューム

UとP、Vの両方が状態関数であれば、Hもそうです。これは、与えられた瞬間に、システム内で調べられる変数の最終条件と初期条件が与えられるからです。.

索引

  • 1訓練のエンタルピーは何ですか?
    • 1.1例
    • 1.2発熱反応と吸熱反応
  • 2エンタルピーを計算するための演習
    • 2.1演習1
    • 2.2演習2
    • 2.3演習3
  • 3参考文献

トレーニングのエンタルピーとは?

物質の1モルの生成物が、通常の凝集状態の元素から生成されるときに、システムによって吸収または放出される熱です。固体、液体、気体、溶解、またはより安定した同素状態.

炭素の最も安定した同素体状態は、常圧1気圧、25℃の温度にあることに加えて、グラファイトです。.

それはΔＨ°ｆとして表される。このようにして：

ΔH°f =最終H - 初期H

△：最終状態と初期状態のエネルギーの変化や変化を象徴するギリシャ文字。下付き文字ｆは、化合物の形成および上付き文字または標準条件を意味する。.

例

液体水の生成反応を考える

Ｈ ２（ｇ）＋ １ ／ ２Ｏ ２（ｇ）Ｈ ２ Ｏ（ｌ）ΔＨ°ｆ ＝ −２８５．８４ｋＪ ／ ｍｏｌ。

試薬：水素と酸素、その自然な状態は気体です.

製品：液体の水1モル.

定義による生成エンタルピーは、生成された化合物１モルに対するものであるので、前の例に見られるように、可能であれば分数係数を用いて反応を調整しなければならないことに留意すべきである。.

発熱反応および吸熱反応

化学プロセスでは、反応が吸熱性である場合、生成エンタルピーは正のΔHof> 0になる可能性があります。つまり、媒体から熱を吸収するか、負のΔHofになります。<0 si la reacción es exotérmica con emisión de calor desde el sistema.

発熱反応

試薬は製品よりもエネルギーが多い.

ΔH°f <0

吸熱反応

試薬は製品よりエネルギーが低い.

ΔH°f> 0

化学式を正しく書くためには、それはモルバランスが取れていなければなりません。 「物質の保存の法則」を遵守するためには、凝集状態として知られている試薬や製品の物理的状態に関する情報も含まれている必要があります。.

純粋な物質はゼロから標準条件までそしてそれらの最も安定な形で生成のエンタルピーを持っていることにも留意しなければならない.

反応物や生成物が存在する化学系では、反応エンタルピーは標準条件下での生成エンタルピーと等しい.

ΔH°rxn =ΔH°f

上記を考慮して、我々はしなければならない：

ΔH°rxn =ΣnproductosHivectivosΣnreactivosHreactivos

次の架空の反応を考える

aA + bB cC

ここで、a、b、cは平衡化学方程式の係数です。.

反応エンタルピーの式は次のとおりです。

ΔＨ°ｒｘｎ ＝ ｃΔＨ°ｆ Ｃ（ａ ΔＨ°ｆ Ａ ＋ ｂ ΔＨ°ｆ Ｂ）

ａ ＝ ２モル、ｂ ＝ １モルおよびｃ ＝ ２モルと仮定する。.

ΔＨ°ｆ（Ａ）＝ ３００ＫＪ ／ ｍｏｌ、ΔＨ°ｆ（Ｂ）＝ −１００ＫＪ ／ ｍｏｌ、ΔＨ°ｆ（Ｃ）＝ −３０ＫＪ。 ΔH°rxnを計算する

ΔＨ°ｒ×ｎ ＝ ２ｍｏｌ（−３０ＫＪ ／ ｍｏｌ） - （２ｍｏｌ（３００ＫＪ ／ ｍｏｌ ＋ １ｍｏｌ（−１００ＫＪ ／ ｍｏｌ）＝ −６０ＫＪ - （６００ＫＪ − １００ＫＪ）＝ −５６０ＫＪ）。

ΔH°rxn = -560KJ.

発熱反応に対応.

25°C、1気圧におけるいくつかの無機および有機化合物の生成に対するエンタルピー値

エンタルピーを計算するための演習

演習1

以下の反応に従って、NO 2（g）の反応エンタルピーを求める。

2NO（g）+ O 2（g）2NO 2（g）

反応エンタルピーの方程式を使うと、次のようになります。

ΔH°rxn =ΣnproductosHivectivosΣnreactivosHreactivos

ΔＨ°ｒｘｎ ＝ ２モル（ΔＨ°ｆ ＮＯ ２） - （２モルΔＨ°ｆ ＮＯ ＋ １モルΔＨ°ｆ Ｏ ２）

前のセクションの表では、酸素は純粋な化合物であるため、酸素の生成エンタルピーは0 KJ / molであることがわかります。.

ΔＨ°ｒｘｎ ＝ ２ｍｏｌ（３３．１８ＫＪ ／ ｍｏｌ） - （２ｍｏｌ ９０．２５ＫＪ ／ ｍｏｌ ＋ １ｍｏｌ ０）。

ΔＨ°ｒｘｎ ＝ −１１４．１４ＫＪ

化学系の反応エンタルピーを計算するもう1つの方法は、1840年にスイスの化学者、Germain Henri Hessによって提案されたHESS LAWによるものです。.

「反応物が生成物になる化学プロセスで吸収または放出されるエネルギーは、1段階または複数段階で行われても同じです」.

演習2

エタンを形成するためのアセチレンへの水素の付加は、一工程で実施することができる。

Ｃ ２ Ｈ ２（ｇ）＋ ２Ｈ ２（ｇ）Ｈ ３ ＣＣＨ ３（ｇ）ΔＨ°ｆ ＝ - ３１１．４２ＫＪ ／ ｍｏｌ。

あるいは、2段階で行われることもあります。

Ｃ ２ Ｈ ２（ｇ）＋ Ｈ ２（ｇ）Ｈ ２ Ｃ ＝ ＣＨ ２（ｇ）ΔＨ°ｆ ＝ −１７４．４７ＫＪ ／ ｍｏｌ。

Ｈ ２ Ｃ ＝ ＣＨ ２（ｇ）＋ Ｈ ２（ｇ）Ｈ ３ ＣＣＨ ３（ｇ）ΔＨ°ｆ ＝ - １３６．９５ＫＪ ／ ｍｏｌ。

両方の方程式を代数的に追加することで、次のようになります。

Ｃ ２ Ｈ ２（ｇ）＋ Ｈ ２（ｇ）Ｈ ２ Ｃ ＝ ＣＨ ２（ｇ）ΔＨ°ｆ ＝ −１７４．４７ＫＪ ／ ｍｏｌ。

Ｈ ２ Ｃ ＝ ＣＨ ２（ｇ）＋ Ｈ ２（ｇ）Ｈ ３ ＣＣＨ ３（ｇ）ΔＨ°ｆ ＝ - １３６．９５ＫＪ ／ ｍｏｌ。

Ｃ ２ Ｈ ２（ｇ）＋ ２Ｈ ２（ｇ）Ｈ ３ ＣＣＨ ３（ｇ）ΔＨ°ｒ×ｎ ＝ ３１１．４２ＫＪ ／ ｍｏｌ。

演習3

（quimitube.comの演習26から引用。熱力学Hessの法則）

エタノールの酸化エンタルピーを計算して、10グラムのエタノールの燃焼で300 KJのエネルギーが放出され、10グラムの酢酸の燃焼で140 KJのエネルギーが放出されることを知って、酢酸と水の生成物を得る。.

あなたが問題の声明で見ることができるように、数値データだけが現れる、しかし化学反応は現れない、それでそれらを書くことは必要である.

ＣＨ ３ ＣＨ ２ ＯＨ（１）＋ ３Ｏ ２（ｇ）２ ＣＯ ２（ｇ）＋ ３ Ｈ ２ Ｏ（１）ΔＨ １ ＝ −１３８０ＫＪ ／ ｍｏｌ。.

問題がエネルギー解放があると言うので負のエンタルピーの値は書かれています。また、それらは10グラムのエタノールであることを考慮する必要があるので、エタノール1モルごとにエネルギーを計算する必要があります。このために、以下が行われます。

エタノールの分子量（原子量の合計）、４６ｇ ／ ｍｏｌに等しい値が求められる。.

ΔＨ １ ＝ −３００ＫＪ（４６ｇ）エタノール＝ - １３８０ＫＪ ／ ｍｏｌ

エタノール10 gエタノール1 mol

酢酸についても同様です。

ＣＨ ３ ＣＯＯＨ（１）＋ ２Ｏ ２（ｇ）２ ＣＯ ２（ｇ）＋ ２Ｈ ２ Ｏ（１）ΔＨ ２ ＝ −８４０ＫＪ ／ ｍｏｌ。

ΔＨ ２ ＝ −１４０ＫＪ（６０ｇ酢酸）＝ - ８４０ＫＪ ／モル

10 g酢酸1 mol酢酸.

上記の反応では、エタノールと酢酸の燃焼が記述されているので、水生成によるエタノールの酢酸への酸化である問題式を書く必要があります。.

これは問題が求める反応です。すでにバランスが取れている.

ＣＨ ３ ＣＨ ２ ＯＨ（１）＋ Ｏ ２（ｇ）ＣＨ ３ ＣＯＯＨ（１）＋ Ｈ ２ Ｏ（１）ΔＨ ３ ＝ ?

ヘスの法則の適用

これを行うには、熱力学方程式に数値係数を掛けてそれらを代数的にし、各方程式を正しく整理します。これは、1つまたは複数の試薬が式の対応する側にない場合に行われます。.

問題の式で示されるように、エタノールは反応物の側にあるため、最初の式は変わりません。.

2番目の式は、反応性がある酢酸が積になるように、係数-1を掛けるために必要です。

ＣＨ ３ ＣＨ ２ ＯＨ（１）＋ ３Ｏ ２（ｇ）２ ＣＯ ２（ｇ）＋ ３Ｈ ２ Ｏ（１）ΔＨ １ ＝ −１３８０ＫＪ ／ ｍｏｌ。.

- CH 3 COOH（1） - 2 O 2（g） - 2 CO 2（g） - 2 H 2 O（l）ΔH2 = - （ - 840 KJ / mol）

CH 3 CH 3 OH + 3 O 2 -2 O 2 - CH 3 COOH 2 CO 2 + 3 H 2 O -2 CO 2

-2H 2 O

それらは代数的に追加され、これが結果です：問題で要求された方程式.

ＣＨ ３ ＣＨ ３ ＯＨ（１）＋ Ｏ ２（ｇ）ＣＨ ３ ＣＯＯＨ（１）＋ Ｈ ２ Ｏ（１）

反応のエンタルピーを決定する.

各反応に数値係数を掛けたのと同じ方法で、エンタルピーの値も掛けなければなりません。

ΔＨ３ ＝ １×ΔＨ１−１×ΔＨ２ ＝ １×（−１３８０）−１×（−８４０）

ΔＨ ３ ＝ −１３８０ ＋ ８４０ ＝ - ５４０ＫＪ ／ ｍｏｌ

ΔＨ ３ ＝ - ５４０ＫＪ ／ ｍｏｌ.

前の演習では、エタノールは燃焼と酸化という2つの反応を示します。.

エタノールなどの一級アルコールの酸化では酢酸の形成がある一方、すべての燃焼反応ではCO2とH2Oの形成があります

参考文献

  1. Cedrón、Juan Carlos、Victoria Landa、Juana Robles（2011）。一般化学教材リマ：カトリック大学ペルー教会.
  2. 化学ライブラリテキスト熱化学hem.libretexts.orgから取得しました.
  3. レビン、Ｉ．物理化学。 vol.2.