Katika athari zote za kemikali, joto linaweza kupokelewa kutoka kwa mazingira au kutolewa kwenye mazingira. Kubadilishana kwa joto kati ya athari ya kemikali na mazingira yake inajulikana kama enthalpy ya mmenyuko, au H. Walakini, H haiwezi kupimwa moja kwa moja - badala yake, wanasayansi hutumia mabadiliko ya joto la athari kwa muda ili kupata mabadiliko ya enthalpy baada ya muda (iliyoandikwa kama H). Pamoja na H, mwanasayansi anaweza kuamua ikiwa athari hutoa joto (au ni "exothermic") au inapata joto (au "endothermic"). Kwa ujumla, H = m x s x T, ambapo m ni wingi wa viboreshaji, s ni joto maalum la bidhaa, na T ni mabadiliko ya joto katika athari.
Hatua
Njia 1 ya 3: Kutatua Shida za Enthalpy
Hatua ya 1. Tambua majibu ya bidhaa zako na vinu
Mmenyuko wowote wa kemikali unajumuisha aina mbili za kemikali - bidhaa na vinu. Bidhaa ni dutu za kemikali ambazo hutokana na athari, wakati athari ni vitu vya kemikali ambavyo vinachanganya au kugawanyika kutoa bidhaa. Kwa maneno mengine, viboreshaji vya athari ni kama viungo vya mapishi ya chakula, wakati bidhaa ni chakula kilichomalizika. Ili kupata H ya athari, kwanza, tambua bidhaa na viboreshaji.
Kwa mfano, tuseme tutapata athari ya majibu ya malezi ya maji kutoka kwa haidrojeni na oksijeni: 2H2 (Hydrojeni) + O2 (Oksijeni) → 2H2O (Maji). Katika mlingano huu, H2 na O2 ni mtendaji na H2O ni bidhaa.
Hatua ya 2. Tambua jumla ya umati wa vinu
Ifuatayo, pata wingi wa watendaji wako. Ikiwa haujui umati wake na hauwezi kuipima kwa kiwango cha kisayansi, unaweza kutumia molekuli yake kupata misa yake halisi. Masi ya Molar ni mara kwa mara ambayo inaweza kupatikana kwenye jedwali la kawaida la vipindi (kwa vitu moja) na vyanzo vingine vya kemikali (kwa molekuli na misombo). Ongeza tu misa ya molar ya kila kiingilizi kwa idadi ya moles kupata umati wa vinu.
-
Katika mfano wa maji, athari zetu ni gesi ya hidrojeni na oksijeni, ambayo ina molekuli ya 2 g na 32 g. Kwa kuwa tunatumia moles 2 za hidrojeni (kwa kuzingatia mgawo wa 2 katika H2) na 1 mole ya oksijeni (kwa kuzingatia kutokuwepo kwa coefficients katika O2), tunaweza kuhesabu jumla ya misa ya viboreshaji kama ifuatavyo:
2 × (2g) + 1 × (32g) = 4g + 32g = 36g
Hatua ya 3. Pata joto maalum la bidhaa yako
Ifuatayo, pata joto maalum la bidhaa unayochunguza. Kila kitu au molekuli ina joto maalum: thamani hii ni ya kila wakati na kawaida hupatikana katika rasilimali za ujifunzaji wa kemia (kwa mfano, kwenye meza nyuma ya kitabu cha kiada cha kemia). Kuna njia tofauti za kuhesabu joto maalum, lakini kwa fomula tunayotumia, tunatumia kitengo cha Joule / gram ° C.
- Kumbuka kuwa ikiwa equation yako ina bidhaa nyingi, utahitaji kuhesabu enthalpy kwa athari za vitu vilivyotumiwa kutoa kila bidhaa, kisha uwaongeze ili kupata enthalpy ya jumla ya majibu.
- Katika mfano wetu, bidhaa ya mwisho ni maji, ambayo ina joto maalum la takriban. 4.2 joules / gramu ° C.
Hatua ya 4. Pata tofauti ya joto baada ya athari kutokea
Ifuatayo, tutapata T, mabadiliko ya joto kabla na baada ya athari. Ondoa joto la mwanzo la athari (au T1) kutoka kwa joto la mwisho baada ya athari (au T2) kuhesabu. Kama ilivyo katika kazi nyingi za kemikali, joto la Kelvin (K) hutumiwa (ingawa Celsius (C) itatoa matokeo sawa).
-
Kwa mfano wetu, wacha tuseme joto la kwanza la athari ni 185K lakini hupoa hadi 95K wakati majibu yamekamilika. Katika shida hii, T imehesabiwa kama ifuatavyo:
T = T2 - T1 = 95K - 185K = - 90K
Hatua ya 5. Tumia fomula H = m x s x T kutatua
Ikiwa una m, wingi wa vichocheo, s, joto maalum la bidhaa, na T, mabadiliko ya joto la athari, basi uko tayari kupata athari ya athari. Chomeka maadili yako katika fomula H = m x s x T na uzidishe kusuluhisha. Jibu lako limeandikwa katika vitengo vya nishati, ambavyo ni Joules (J).
-
Kwa shida yetu ya mfano, enthalpy ya majibu ni:
H = (36g) × (4.2 JK-1 g-1) × (-90K) = - 13,608 J
Hatua ya 6. Tambua ikiwa athari yako inapokea au inapoteza nguvu
Moja ya sababu za kawaida za kuhesabu H kwa athari anuwai ni kuamua ikiwa athari ni ya kutisha (inapoteza nguvu na hutoa joto) au endothermic (inapata nguvu na inachukua joto). Ikiwa ishara ya jibu lako la mwisho kwa H ni chanya, basi athari ni endothermic. Wakati huo huo, ikiwa ishara ni hasi, athari ni ya kutisha. Idadi kubwa, athari ya exo- au endothermic ni kubwa. Kuwa mwangalifu na athari kali za kutisha - wakati mwingine hutoa idadi kubwa ya nishati, ambayo, ikitolewa haraka sana, inaweza kusababisha mlipuko.
Katika mfano wetu, jibu la mwisho ni -13608J. Kwa kuwa ishara ni hasi, tunajua kuwa majibu yetu ni kutisha. Hii ina maana - H2 na O2 ni gesi, wakati H2O, bidhaa, ni kioevu. Gesi ya moto (kwa njia ya mvuke) lazima itoe nguvu kwa mazingira kwa njia ya joto, ili kuipoza ili kuunda kioevu, ambayo ni, athari ya kuunda H2O ni ya kutisha.
Njia 2 ya 3: Kukadiria Ukubwa wa Enthalpy
Hatua ya 1. Tumia nguvu za dhamana kukadiria enthalpy
Karibu athari zote za kemikali zinajumuisha kuunda au kuvunja vifungo kati ya atomi. Kwa kuwa katika athari za kemikali, nishati haiwezi kuharibiwa au kuundwa, ikiwa tunajua kiwango cha nishati inayohitajika kuunda au kuvunja vifungo katika majibu, tunaweza kukadiria mabadiliko ya enthalpy kwa athari ya jumla na kiwango cha juu cha usahihi kwa kuongeza vifungo hivi. nguvu.
-
Kwa mfano, majibu yaliyotumiwa H2 + F2 → 2HF. Katika usawa huu, nishati inayohitajika kuvunja atomu H kwenye molekuli ya H.2 ni 436 kJ / mol, wakati nishati inayohitajika kwa F2 ni 158 kJ / mol. Mwishowe, nishati inayohitajika kuunda HF kutoka H na F ni = -568 kJ / mol. Tunazidisha kwa 2 kwa sababu bidhaa katika equation ni 2 HF, kwa hivyo hiyo ni 2 × -568 = -1136 kJ / mol. Kuziongeza zote pamoja, tunapata:
436 + 158 + -1136 = - 542 kJ / mol.
Hatua ya 2. Tumia enthalpy ya malezi kukadiria enthalpy
Enthalpy ya malezi ni seti ya maadili H ambayo inawakilisha mabadiliko ya athari ya athari ya dutu ya kemikali. Ikiwa unajua enthalpy ya malezi inahitajika kutoa bidhaa na viboreshaji katika equation, unaweza kuziongeza ili kukadiria enthalpy kama nguvu za dhamana zilizoelezwa hapo juu.
-
Kwa mfano, equation ilitumia C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O. Katika equation hii, tunajua kwamba enthalpy ya malezi ya athari ifuatayo ni:
C2H5OH → 2C + 3H2 + 0.5O2 = 228 kJ / mol
2C + 2O2 → 2CO2 = -394 × 2 = -788 kJ / mol
3H2 +1.5 O2 → 3H2O = -286 × 3 = -858 kJ / mol
Kwa kuwa tunaweza kujumlisha hesabu hizi kupata C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O, kutoka kwa majibu tunayojaribu kupata enthalpy, tunahitaji tu kuongeza upatanisho wa majibu ya malezi hapo juu ili kupata enthalpy ya athari hii, kama ifuatavyo:
228 + -788 + -858 = - 1418 kJ / mol.
Hatua ya 3. Usisahau kubadilisha ishara wakati wa kubadilisha equation
Ni muhimu kutambua kwamba wakati unatumia enthalpy ya malezi kuhesabu enthalpy ya athari, lazima ubadilishe ishara ya enthalpy ya malezi wakati wowote unapobadilisha equation ya athari ya vitu. Kwa maneno mengine, ikiwa unabadilisha hesabu yako moja au zaidi kwa kuunda majibu ili bidhaa na viboreshaji vighairiane, badilisha ishara ya enthalpy ya mmenyuko wa malezi unayobadilisha.
Katika mfano hapo juu, kumbuka kuwa athari ya malezi tuliyotumia kwa C2H5OH kichwa chini. C2H5OH → 2C + 3H2 + 0.5O2 onyesha C2H5OH imegawanyika, haijaundwa. Kwa kuwa tulibadilisha equation hii ili bidhaa na viboreshaji vighairiane, tulibadilisha ishara ya enthalpy ya malezi kutoa 228 kJ / mol. Kwa kweli, enthalpy ya malezi kwa C2H5OH ni -228 kJ / mol.
Njia ya 3 ya 3: Kuchunguza Mabadiliko ya Enthalpy katika Majaribio
Hatua ya 1. Chukua chombo safi na ujaze maji
Ni rahisi kuona kanuni ya enthalpy na jaribio rahisi. Ili kuhakikisha kuwa athari yako ya majaribio haijachafuliwa na vitu vya nje, safisha na sterilize vyombo ambavyo unakusudia kutumia. Wanasayansi hutumia vyombo maalum vilivyotiwa muhuri vinavyoitwa calorimeter kupima enthalpy, lakini unaweza kupata matokeo mazuri na glasi yoyote au bomba ndogo ya mtihani. Chombo chochote unachotumia, kijaze na maji safi, ya joto la kawaida. Unapaswa pia kujaribu katika chumba chenye joto baridi.
Kwa jaribio hili, utahitaji chombo kidogo. Tutachunguza athari za mabadiliko ya ndani ya Alka-Seltzer juu ya maji, kwa hivyo maji unayotumia ni machache, mabadiliko ya joto yatakuwa wazi
Hatua ya 2. Ingiza kipima joto ndani ya chombo
Chukua kipima joto na uweke kwenye chombo ili ncha ya kipima joto iko chini ya maji. Soma joto la maji - kwa madhumuni yetu, joto la maji linaonyeshwa na T1, joto la mwanzo la athari.
Wacha tuseme tunapima joto la maji na matokeo yake ni digrii 10 C. Katika hatua chache, tutatumia usomaji huu wa joto kudhibitisha kanuni ya enthalpy
Hatua ya 3. Ongeza Alka-Seltzer moja kwenye chombo
Unapokuwa tayari kuanza jaribio, toa Alka-Seltzer ndani ya maji. Utaona mara moja nafaka inabubujika na kuzomewa. Wakati shanga zinayeyuka ndani ya maji, huvunjika ndani ya kemikali ya bicarbonate (HCO.).3-asidi ya citric (ambayo humenyuka kwa njia ya ioni za haidrojeni, H+). Kemikali hizi huguswa na kuunda maji na gesi ya dioksidi kaboni katika equation 3HCO3− + 3H+ → 3H2O + 3CO2.
Hatua ya 4. Pima joto wakati mmenyuko umekamilika
Angalia mwitikio unavyoendelea - chembechembe za Alka-Seltzer zitayeyuka polepole. Mara tu mmenyuko wa nafaka unapoisha (au umepungua), pima joto tena. Maji yanapaswa kuwa baridi zaidi kuliko hapo awali. Ikiwa ni ya joto, jaribio linaweza kuathiriwa na vikosi vya nje (kwa mfano, ikiwa chumba unacho joto).
Kwa mfano wetu wa majaribio, wacha tuseme hali ya joto ya maji ni digrii 8 C baada ya nafaka kuacha kuchacha
Hatua ya 5. Kadiria enthalpy ya athari
Katika jaribio bora, unapoangusha nafaka ya Alka-Seltzer ndani ya maji, hutengeneza gesi na gesi ya dioksidi kaboni (gesi inaweza kuzingatiwa kama povu la kuzomea) na husababisha joto la maji kushuka. Kutoka kwa habari hii, tunadhani athari ni endothermic - ambayo ni, inachukua nguvu kutoka kwa mazingira ya karibu. Vimumunyisho vya kioevu vilivyoyeyuka huhitaji nishati ya ziada kutoa bidhaa yenye gesi, kwa hivyo huchukua nishati kwa njia ya joto kutoka kwa mazingira (katika jaribio hili, maji). Hii inasababisha joto la maji kupungua.
