용액 의 열 또는 용액의 엔탈피는 일정한 압력의 조건에서 용매에 일정량의 용질이 용해되는 과정에서 흡수되거나 방출되는 열입니다.
화학 반응이 일어나면 새로운 물질의 형성을 가능하게하는 결합을 형성하고 끊는 데 에너지가 필요합니다. 이러한 과정이 일어나기 위해 흐르는 에너지는 열이며 열화학은이를 연구하는 과학의 한 분야입니다.
출처 : Pixnio.
엔탈피라는 용어는 일정한 압력 조건에서 화학 공정이 발생할 때 열 흐름을 가리키는 데 사용됩니다. 이 용어의 생성은 초전도성을 발견 한 네덜란드 물리학 자 Heike Kamerlingh Onnes (1853-1926)에 기인합니다.
어떻게 계산됩니까?
엔탈피를 찾으려면 열역학의 첫 번째 법칙에서 시작해야합니다. 열역학의 첫 번째 법칙은 시스템의 내부 에너지 ΔU의 변화가 흡수 된 열 Q와 일부 외부 에이전트에 의해 수행 된 작업 W 때문이라고 간주합니다.
일이 압력과 체적의 차이 변화 제품의 전체 체적에 대한 음의 적분 인 경우. 이 정의는 기계 작업에서 힘과 변위 벡터의 스칼라 곱의 음의 적분과 같습니다.
위에서 언급 한 정압 조건이 적용될 때 P는 적분에서 벗어날 수 있습니다. 따라서 작업은 다음과 같습니다.
-엔탈피 표현
이 결과가 Δ U로 대체되면 다음을 얻습니다.
수량 U + PV를 엔탈피 H라고합니다.
엔탈피는 에너지이기 때문에 줄 단위로 측정됩니다.
솔루션 엔탈피
용액의 초기 성분은 용질과 용매이며 원래 엔탈피를 가지고 있습니다. 이 용해가 일어나면 자체 엔탈피를 갖게됩니다.
이 경우 줄 단위의 엔탈피 변화는 다음과 같이 표현할 수 있습니다.
표준 엔탈피 형식 ΔH o 에서 결과는 줄 / 몰입니다.
반응이 열을 발산하면 ΔH의 부호는 음 (발열 과정)이고, 열을 흡수하면 (흡열 과정) 부호는 양수가됩니다. 그리고 당연히 용액 엔탈피의 값은 최종 용액의 농도에 따라 달라집니다.
응용
많은 이온 화합물은 물과 같은 극성 용매에 용해됩니다. 물이나 소금물에 소금 (염화나트륨) 용액이 일반적으로 사용됩니다. 이제 솔루션의 엔탈피는 두 에너지의 기여로 간주 할 수 있습니다.
-용질-용질 및 용매-용매 결합을 끊는 하나
-다른 하나는 새로운 용질-용매 결합 형성에 필요한 것입니다.
이온 염이 물에 용해되는 경우, 물의 경우 용액을 형성하기 위해 고체의 소위 격자 엔탈피와 수화 엔탈피를 알아야합니다. 물이 아닌 경우 용 매화 엔탈피라고합니다.
격자 엔탈피는 이온 네트워크를 파괴하고 기체 이온을 형성하는 데 필요한 에너지입니다.이 과정은 항상 흡열 성입니다. 고체에 에너지를 공급하여 고체를 구성 이온으로 분리하고 기체 상태로 만들어야하기 때문입니다.
반면에 수화 과정은 수화 이온이 기체 상태의 이온보다 더 안정적이기 때문에 항상 발열입니다.
이러한 방식으로 용액의 생성은 용질의 이온 격자가 분해 될 때 수화가 제공하는 것보다 더 많거나 적은 에너지를 필요로하는지 여부에 따라 발열 또는 흡열이 될 수 있습니다.
열량계로 측정
실제로 온도계와 교반 봉이 장착 된 절연 용기로 구성된 열량계에서 ΔH를 측정 할 수 있습니다.
용기의 경우 물이 거의 항상 그 안에 부어지며, 이는 그 속성이 모든 액체에 대한 보편적 인 기준이기 때문에 열량 측정 액체의 우수성입니다.
Lavoisier에서 사용하는 오래된 열량계. 출처 : Gustavocarra.
물론 열량계의 재료는 물 외에도 열교환에 관여합니다. 그러나 열량계 상수라고하는 전체 어셈블리의 열용량은 반응과 별도로 결정될 수 있으며 반응이 발생할 때 고려됩니다.
에너지 균형은 다음과 같이 시스템에 에너지 누출이 없다는 조건을 기억합니다.
-액체 물이 형성됩니다.
½ O 2 + ½ H 2 → H 2 O 액체 ; Δ H O = -285.9 킬로 / 몰
-이제 솔루션을 구성해야합니다.
고체 K + H 2 O → ½ H 2 + 수성 KOH ; Δ H O = -2011 kJ의 / 몰
KOH 분해 엔탈피의 부호가 반전되었습니다. 이는 Hess의 법칙 때문입니다. 반응물이 생성물로 변환 될 때 엔탈피 변화는 따르는 단계와 방정식을 반전해야하는시기에 의존하지 않습니다. ,이 경우와 같이 엔탈피는 부호를 변경합니다.
에너지 균형은 엔탈피의 대수 합계입니다.
-운동 2
다음 반응을위한 용액의 엔탈피는 정압 열량계에서 결정되며 열량계 상수는 342.5 J / K로 알려져 있습니다. 황산나트륨 나트륨 1.423 g의 경우 2 SO 4가되는 물 100.34 g에 용해하고, 온도 변화가 0.037 K. 나 계산을위한 표준 용액의 엔탈피 2 SO 4 이들 데이터로부터.
해결책
솔루션의 표준 엔탈피는 위에 주어진 방정식에서 해결됩니다.
황산나트륨의 경우 : M (S) = 142.04 g / 몰; m s = 1.423g
그리고 물의 경우 : m 물 = 100.34g; M 물 = 18.02g / mol; C 물; m = 75.291 J / K mol
Δ T = 0.037K
C 열량계 = 342.5 J / K
참고 문헌
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