엔탈피 란? - 화학

엔탈피 압력 처리되는 체적을 갖는 본체 (시스템)에 포함 된 에너지 량의 측정은 그 환경에 교환 할 수있다. 문자 H로 표시됩니다. 이와 관련된 물리적 단위는 줄 (J = kgm2 / s2)입니다.

수학적으로 다음과 같이 표현할 수 있습니다.

H = U + PV

어디:

H = 엔탈피

U = 시스템의 내부 에너지

P = 압력

V = 부피

U와 P와 V가 모두 상태 함수이면 H도 마찬가지입니다. 이는 주어진 순간에 시스템에서 연구 할 변수에 대해 몇 가지 초기 및 최종 조건을 제공 할 수 있기 때문입니다.

형성 엔탈피는 무엇입니까?

물질의 생성물 1 몰이 정상적인 응집 상태의 원소에서 생성 될 때 시스템에 의해 흡수되거나 방출되는 열입니다. 고체, 액체, 기체, 용액 또는 가장 안정적인 동 소성 상태.

탄소의 가장 안정적인 동소체 상태는 흑연이며, 압력 1 기압 및 온도 25 ° C의 정상 조건에 있습니다.

ΔH ° f로 표시됩니다. 이런 식으로:

ΔH ° f = H 최종-H 초기

Δ : 최종 상태와 초기 상태 에너지의 변화 또는 변화를 상징하는 그리스 문자. 아래 첨자 f는 화합물 형성과 위첨자 또는 표준 조건을 나타냅니다.

예

액체 물의 형성 반응 고려

H2 (g) + ½ O2 (g) H2O (l) ΔH ° f = -285.84 kJ / mol

시약 : 수소와 산소의 자연 상태는 기체입니다.

제품 : 액체 물 1 몰.

정의에 따른 형성 엔탈피는 생성 된 화합물 1 몰에 대한 것이므로 이전 예에서 볼 수 있듯이 가능하면 분율 계수로 반응을 조정해야합니다.

발열 및 흡열 반응

화학 공정에서 형성 엔탈피는 반응이 흡열 성인 경우 양의 ΔHof> 0이 될 수 있습니다.

발열 반응

반응물은 제품보다 에너지가 높습니다.

ΔH ° f <0

흡열 반응

반응물은 제품보다 에너지가 낮습니다.

ΔH ° f> 0

화학 방정식을 올바르게 작성하려면 몰 균형을 맞춰야합니다. "물질 보존 법칙"을 준수하려면 응집 상태로 알려진 반응물 및 생성물의 물리적 상태에 대한 정보도 포함해야합니다.

또한 순수한 물질은 표준 조건에서 가장 안정한 형태로 0의 형성 엔탈피를 갖는다는 것도 고려해야합니다.

반응물과 생성물이있는 화학 시스템에서 반응 엔탈피는 표준 조건에서 형성 엔탈피와 같습니다.

ΔH ° rxn = ΔH ° f

위의 사항을 고려하여 다음을 수행해야합니다.

ΔH ° rxn = ∑n 제품 H ∑n 반응성 제품 Hreactive

다음과 같은 가상의 반응을 감안할 때

aA + bB cC

여기서 a, b, c는 균형 화학 방정식의 계수입니다.

반응 엔탈피의 표현은 다음과 같습니다.

ΔH ° rxn = c ΔH ° f C (a ΔH ° f A + b ΔH ° f B)

a = 2 mol, b = 1 mol, c = 2 mol이라고 가정합니다.

ΔH ° f (A) = 300 KJ / mol, ΔH ° f (B) = -100 KJ / mol, ΔH ° f (C) = -30 KJ. ΔH ° rxn 계산

ΔH ° rxn = 2mol (-30KJ / mol)-(2mol (300KJ / mol + 1mol (-100KJ / mol) = -60KJ-(600KJ-100KJ) = -560KJ

ΔH ° rxn = -560KJ.

그런 다음 발열 반응에 해당합니다.

25 ° C 및 1 atm 압력에서 일부 무기 및 유기 화합물의 형성 값 엔탈피

엔탈피 계산 연습

연습 1

다음 반응에 따라 NO2 (g)의 반응 엔탈피를 구하십시오.

2NO (g) + O2 (g) 2NO2 (g)

반응 엔탈피에 대한 방정식을 사용하면 다음과 같습니다.

ΔH ° rxn = ∑n 제품 H ∑n 반응성 제품 Hreactive

ΔH ° rxn = 2mol (ΔH ° f NO2)-(2mol ΔH ° f NO + 1mol ΔH ° f O2)

이전 섹션의 표에서 산소가 순수한 화합물이기 때문에 산소 형성 엔탈피가 0 KJ / mol임을 알 수 있습니다.

ΔH ° rxn = 2mol (33.18KJ / mol)-(2mol 90.25 KJ / mol + 1mol 0)

ΔH ° rxn = -114.14 KJ

화학 시스템에서 반응 엔탈피를 계산하는 또 다른 방법은 1840 년 스위스 화학자 Germain Henri Hess가 제안한 HESS LAW를 이용하는 것입니다.

법은 "반응물이 생성물로 전환되는 화학 공정에서 흡수되거나 방출되는 에너지는 한 단계에서 수행 되든 여러 단계에서 수행 되든 동일합니다"라고 말합니다.

연습 2

에탄을 형성하기 위해 아세틸렌에 수소를 첨가하는 것은 한 단계로 수행 할 수 있습니다.

C2H2 (g) + 2H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° f =-311.42 KJ / mol

또는 두 단계로 발생할 수도 있습니다.

C2H2 (g) + H2 (g) H2C = CH2 (g) ΔH ° f =-174.47 KJ / mol

H2C = CH2 (g) + H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° f =-136.95 KJ / mol

두 방정식을 대수적으로 추가하면 다음과 같습니다.

C2H2 (g) + H2 (g) H2C = CH2 (g) ΔH ° f =-174.47 KJ / mol

H2C = CH2 (g) + H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° f =-136.95 KJ / mol

C2H2 (g) + 2H2 (g) H3CCH3 (g) ΔH ° rxn = 311.42 KJ / mol

연습 3

(quimitube.com에서 발췌. 연습 26. Hess의 법칙 열역학)

문제 설명에서 알 수 있듯이 수치 데이터가 일부만 나타나고 화학 반응이 나타나지 않으므로 작성해야합니다.

CH3CH2OH (l) + 3O2 (g) 2CO2 (g) +3 H2O (l) ΔH1 = -1380 KJ / mol.

음의 엔탈피 값은 문제가 에너지 방출이 있다는 것을 나타 내기 때문에 기록됩니다. 우리는 또한 그것들이 10g의 에탄올이라는 것을 고려해야합니다. 그러므로 우리는 에탄올의 각 몰에 대한 에너지를 계산해야합니다. 이를 위해 다음이 수행됩니다.

에탄올의 몰 중량 (원자 중량의 합)은 46g / mol과 동일한 값을 구합니다.

ΔH1 = -300 KJ (46g) 에탄올 =-1380 KJ / mol

10g 에탄올 1mol 에탄올

아세트산도 마찬가지입니다.

CH3COOH (l) + 2O2 (g) 2CO2 (g) + 2 H2O (l) ΔH2 = -840 KJ / mol

ΔH2 = -140 KJ (60g 아세트산) =-840 KJ / mol

10g 아세트산 1 몰 아세트산.

이전 반응에서는 에탄올과 아세트산의 연소에 대해 설명 했으므로 물을 생성하면서 에탄올이 아세트산으로 산화되는 문제 식을 작성해야합니다.

이것이 문제가 요구하는 반응입니다. 이미 균형이 잡혀 있습니다.

CH3CH2OH (l) + O2 (g) CH3COOH (l) + H2O (l) ΔH3 =?

헤스의 법칙 적용

이를 위해 우리는 열역학 방정식에 수치 계수를 곱하여 대수로 만들고 각 방정식을 올바르게 구성 할 수 있습니다. 이것은 하나 이상의 반응물이 방정식의 해당쪽에 있지 않을 때 수행됩니다.

첫 번째 방정식은 문제 방정식에 표시된 것처럼 에탄올이 반응물 측에 있기 때문에 동일하게 유지됩니다.

두 번째 방정식은 반응물 인 아세트산이 생성물이 될 수 있도록 계수 -1을 곱해야합니다.

CH3CH2OH (l) + 3O2 (g) 2CO2 (g) + 3H2O (l) ΔH1 = -1380 KJ / mol.

-CH3COOH (l)-2O2 (g)-2CO2 (g)-2H2O (l) ΔH2 =-(-840 KJ / mol)

CH3CH3OH + 3O2 -2O2-CH3COOH 2CO2 + 3H2O -2CO2

-2H2O

그들은 대수적으로 더하고 이것이 그 결과입니다 : 문제에서 요청 된 방정식.

CH3CH3OH (l) + O2 (g) CH3COOH (l) + H2O (l)

반응의 엔탈피를 결정하십시오.

각 반응에 수치 계수를 곱한 것과 같은 방식으로 엔탈피 값도 곱해야합니다.

ΔH3 = 1x ΔH1 -1xΔH2 = 1x (-1380) -1x (-840)

ΔH3 = -1380 + 840 =-540 KJ / mol

ΔH3 =-540 KJ / mol.

이전 연습에서 에탄올에는 연소와 산화라는 두 가지 반응이 있습니다.

모든 연소 반응에서 CO2와 H2O가 형성되고 에탄올과 같은 1 차 알코올이 산화되면 아세트산이 형성됩니다.

참고 문헌

Cedrón, Juan Carlos, Victoria Landa, Juana Robles (2011). 일반 화학. 교재. 리마 : 페루 교황청 가톨릭 대학교.
화학. Libretexts. 열화학. hem.libretexts.org에서 가져 왔습니다.
Levine, I. 물리 화학. vol.2.

엔탈피 란? - 화학 - 2025