반응 엔탈피는 본 반응은 일정한 압력에서 발생 하였다고 제공 얻었다 또는 화학 반응에 제공되는 열을 산출 허용 열역학적 함수이다. 내부 에너지 U와 화학 반응에 참여하는 물질의 부피 V에 의한 압력 P의 곱으로 정의됩니다. H = U + P ∙ V
따라서 엔탈피는 에너지 차원을 가지며 국제 측정 시스템에서는 줄 단위로 측정됩니다. 화학 반응에서 교환되는 열과 엔탈피의 관계를 이해하려면 다음과 같은 열역학 제 1 법칙을 기억해야합니다. Q = ΔU + W
그림 1. 가스 연소시 엔탈피가 감소합니다. 출처 : pixabay
첫 번째 법칙은 열역학적 공정에서 교환되는 열이 공정에 포함 된 물질의 내부 에너지에 공정에서 이러한 물질이 수행하는 작업을 더한 변화와 같다는 것을 설정합니다.
모든 프로세스에서 작업 W는 다음 관계에 의해 계산됩니다.
위 식에서 Vi는 초기 부피, Vf는 최종 부피, P는 압력입니다. 공정이 일정한 압력 P에서 수행되면 결과 작업은 다음과 같습니다.
여기서 ΔV는 부피의 변화입니다.
정의
화학 반응은 일반적으로 일정한 압력과 대기압에서 매우 자주 발생하는 열역학적 과정입니다. 이러한 유형의 열역학적 과정은 일정한 압력에서 발생하기 때문에 "등압"이라고합니다.
이 경우 열역학 제 1 법칙은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.
Qp = ΔU + P ∙ ΔV
여기서 Qp는 열이 일정한 압력으로 교환되었음을 나타냅니다. 엔탈피 H = U + P ∙ V의 정의가 이전 식에 도입되면 다음을 얻습니다.
Qp = ΔH
따라서 양의 엔탈피 변화는 환경에서 열을 가져온 반응을 나타냅니다. 이것은 흡열 반응입니다.
반대로 엔탈피 변화가 음수이면 발열 반응입니다.
사실 엔탈피라는 단어는 "가열하다"를 의미하는 그리스어 엔탈피 엔에서 유래했습니다.
엔탈피는 종종 열이라고도합니다. 그러나 그것이 열과 같지는 않지만 엔탈피를 변화시키는 것은 열역학적 과정에서 열 교환이라는 것이 분명해야합니다.
열과의 관계
열과 달리 엔탈피는 상태의 함수입니다. 엔탈피 변화를 계산할 때 내부 에너지 및 부피와 같이 시스템 상태에만 의존하는 두 함수의 차이를 계산합니다.
ΔH = ΔU + P ∙ ΔV
압력이 반응에서 일정하게 유지되므로 반응 엔탈피는 내부 에너지와 부피에만 의존하는 상태 함수입니다.
화학 반응에서 반응물의 엔탈피는 각각의 엔탈피의 합으로 정의 될 수 있습니다. 그리고 모든 제품의 엔탈피의 합으로 제품의 그것.
반응의 엔탈피 변화는 생성물의 차이에서 반응물의 차이를 뺀 값입니다.
그림 2. 엔탈피 다이어그램. 출처 : 자체 제작.
흡열 반응에서 생성물의 엔탈피는 반응물의 엔탈피보다 큽니다. 즉, 반응은 환경에서 열을 가져옵니다. 반대로 발열 반응에서는 반응이 환경에 열을 방출하기 때문에 반응물의 엔탈피가 생성물의 엔탈피보다 큽니다.
표준 엔탈피
화학 반응의 엔탈피 변화는 압력과 온도에 따라 달라질 수 있으므로 표준 반응 조건을 정의하는 것이 일반적입니다.
표준 반응 온도 : 25 ° C
표준 반응 압력 : 1 atm = 1 bar.
표준 엔탈피는 다음과 같이 표시됩니다. H °
열화학
열화학 방정식에서는 반응물과 생성물뿐만 아니라 엔탈피 변화도 중요합니다. 엔탈피는 그 동안 일어난 변화에 대한 반응으로 이해됩니다.
예를 들어 다음 반응을 살펴 보겠습니다.
2 H2 (기체) + O2 (기체) → 2 H2O (액체); ΔH ° = -571.6 kJ (발열).
H2 (기체) + (½) O2 (기체) → H2O (액체); ΔH ° = -285.8 kJ (발열).
2 H2O (액체) → 2 H2 (가스) + O2 (가스); ΔH ° = +571.6 kJ (흡열).
엔탈피는 광범위한 열역학적 양입니다.
화학 방정식의 항이 특정 요소로 곱해 지거나 나뉘면 엔탈피가 곱해 지거나 나뉩니다.
반응이 역전되면 반응 엔탈피의 부호도 역전됩니다.
해결 된 운동
-연습 1
아세틸렌 가스 C2H2는 알갱이 형태로 제공되는 칼슘 카바이드 CaC2와 주위 온도 및 압력에서 물과의 반응에서 얻습니다.
데이터로서 우리는 반응물의 형성 엔탈피를 가지고 있습니다.
ΔH ° (CaC2) = -59.0 kJ / mol
ΔH ° (H20) = -285.8 kJ / mol
그리고 제품 형성 엔탈피 :
ΔH ° (C2H2) = +227.0 kJ / mol
ΔH ° (Ca (OH) 2) = -986.0 kJ / mol
반응의 표준 엔트로피를 찾으십시오.
해결책
첫 번째는 균형 잡힌 화학 방정식을 높이는 것입니다.
CaC2 (s) + 2H20 (l) → Ca (OH) 2 (s) + C2H2 (g)
그리고 이제 반응물, 생성물 및 반응의 엔탈피 :
-시약 : -59.0 kJ / mol -2 ∙ 285.8 kJ / mol = -630.6 kJ / mol
-제품 : -986.0 kJ / mol + 227.0 kJ / mol = -759 kJ / mol
-반응 : ΔH ° = -759 kJ / mol-(-630 kJ / mol) = -129 kJ / mol
발열 반응입니다.
-운동 2
표준 조건에서 1 리터의 아세틸렌을 태울 때 얼마나 많은 열이 방출됩니까?
해결책
일단 균형이 잡히면 아세틸렌의 연소 반응은 다음과 같습니다.
C2H2 (g) + (5/2) O2 (g) → 2 CO2 (g) + H20 (l)
제품 형성의 엔탈피가 필요합니다.
ΔH ° (CO2) = -393.5 kJ / mol
ΔH ° (H2O (l)) = -285.8 kJ / mol
엔탈피 계산
이 데이터를 사용하여 제품의 엔탈피를 계산할 수 있습니다.
ΔH ° (제품) = 2 * (-393.5 kJ / mol) + (-285.8 kJ / mol) = -1072.8 kJ / mol
그리고 반응물의 형성 엔탈피 :
ΔH ° (C2H2) = 227.0 kJ / mol
ΔH ° (O2) = 0.0 kJ / mol
반응물의 엔탈피는 다음과 같습니다.
227.0 kJ / mol + (5/2) * 0.0 = 227.0 kJ / mol
몰 반응 엔탈피는 다음과 같습니다 .ΔH ° (생성물)-ΔH ° (반응물) = -1072.8kJ / mol-227.0 kJ / mol = -1299.8 kJ / mol
연소 엔탈피
이제 표준 조건에서 아세틸렌 1 리터에 아세틸렌 몰이 몇 몰 있는지 알아야합니다. 이를 위해 우리는 몰 수를 구할 이상 기체 상태 방정식을 사용할 것입니다.
몰수 n = P * V / (R * T)
P = 1 기압 = 1.013 x 10⁵ Pa
V = 1 l = 1.0 x 10 ^ -3 m³
R = 8.31 J / (몰 * K)
T = 25 ° C = 298.15K
n = 0.041 몰
아세틸렌 1 리터의 연소 엔탈피는 0.041 mol * (-1299.8 kJ / mol) = -53.13 kJ입니다.
음수 기호는 53.13 kJ = 12.69 kcal을 방출하는 발열 반응임을 나타냅니다.
참고 문헌
- 밤 E. 화학 반응의 엔탈피. 출처 : lidiaconlaquimica.wordpress.com
- 열화학. 반응 엔탈피. 출처 : recursostic.educacion.es
- 열화학. 표준 반응 엔탈피의 정의. 출처 : quimitube.com
- Wikipedia. 반응의 표준 엔탈피. 출처 : wikipedia.com
- Wikipedia. 형성 엔탈피. 출처 : wikipedia.com