Ενθαλπία Εξουδετέρωσης Ισχυρού Οξέος και Ισχυρής Βάσης

Η Χημεία ασχολείται με πολλές ενεργειακές αλλαγές που συνοδεύονται από χημικές αντιδράσεις. Υπάρχουν πολλές αντιδράσεις στις οποίες η ενέργεια, η οποία δεν μπορεί ούτε να δημιουργηθεί ούτε να καταστραφεί, μετατρέπεται σε θερμότητα. Εάν η θερμότητα ελευθερωθεί, τότε η αντίδραση είναι εξώθερμη και εάν η ενέργεια απορροφηθεί, τότε η αντίδραση είναι ενδόθερμη. Η θερμοχημεία παρατηρείται με τη μέτρηση της ποσότητας θερμότητας που απελευθερώνεται ή απορροφάται.

Η ενθαλπία είναι ένα θερμοδυναμικό μέγεθος που ορίζεται ως το άθροισμα της ενέργειας που αποθηκεύεται στο σύστημα και της ενέργειας που χρησιμοποιείται για την εκτέλεση της εργασίας, και η οποία επομένως είναι ισοδύναμη με τη συνολική θερμότητα του συστήματος.

Είναι η εσωτερική ενέργεια του συστήματος που προστίθεται στην πίεση και τον όγκο του προϊόντος.

H =E + PV

Εξουδετέρωση

Είναι το όνομα που δίνεται στην αντίδραση που συμβαίνει μεταξύ ενός οξέος Arrhenius και μιας βάσης Arrhenius. Όταν ένα οξύ προστίθεται σε ένα υδατικό διάλυμα βάσης ή αντίστροφα, τότε η θερμοκρασία του διαλύματος αυξάνεται και η θερμότητα εκλύεται μαζί με αυτό το αλάτι και το νερό σχηματίζονται επίσης.

Όπως όλοι γνωρίζουμε ότι η ενθαλπία είναι η συνολική θερμότητα του συστήματος, επομένως, η ενθαλπία εξουδετέρωσης είναι η αλλαγή στην ενθαλπία όταν τα διαλύματα ενός οξέος και μιας βάσης αντιδρούν μαζί υπό τυπικές συνθήκες για να παράγουν 1 mole νερού μαζί με θερμότητα

Q =mcΔT 

Μετράται πάντα ανά mole νερού που σχηματίζεται. Οι μετρήσεις θερμότητας πραγματοποιούνται πραγματοποιώντας την αντίδραση σε ένα ειδικό δοχείο που ονομάζεται θερμιδόμετρο. Το θερμιδόμετρο απορροφά τη θερμότητα (Q) που εκπέμπεται από την αντίδραση εξουδετέρωσης. Όλες οι αντιδράσεις εξουδετέρωσης είναι γενικά εξώθερμες, δηλ. θερμότητα εκπέμπεται όταν αντιδρούν οξύ και βάση. Οι αλλαγές στην ενθαλπία της εξουδετέρωσης είναι πάντα αρνητικές όταν εμπλέκονται αντιδράσεις ισχυρών οξέων και αλκαλίων και κυμαίνονται πολύ κοντά μεταξύ -57 και -58 kj mol-1.

Η αντίδραση είναι:

Κατά τη διάρκεια της αντίδρασης, η θερμότητα (Q) που απελευθερώνεται μετράται χρησιμοποιώντας

Q=mcpΔT

Όπου m είναι η μάζα του διαλύματος, cp είναι η ειδική θερμοχωρητικότητα του διαλύματος, T είναι η αλλαγή θερμοκρασίας.

Η ειδική θερμοχωρητικότητα είναι η εντατική ιδιότητα και είναι η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για να αυξηθεί η θερμοκρασία μιας ουσίας μονάδας μάζας κατά ένα βαθμό Κελσίου.

Η ενθαλπία λαμβάνεται χρησιμοποιώντας τον τύπο:

ΔH =-Qn

Κλίμακα pH – Μια λογαριθμική κλίμακα στην οποία εκφράζεται η συγκέντρωση ιόντων υδρονίου σε μοριακότητα. Ένα όξινο διάλυμα έχει pH <7, το βασικό διάλυμα έχει pH> 7 και το ουδέτερο διάλυμα έχει pH =7.

ΣΗΜΕΙΩΣΗ:Η ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται ανά mole όταν ένα ασθενές οξύ εξουδετερώνει μια ισχυρή βάση είναι μικρότερη από την ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται ανά mole όταν ένα ισχυρό οξύ εξουδετερώνει μια ισχυρή βάση.

Για παράδειγμα, το οξικό οξύ αντιδρά με το NaOH για να σχηματίσει οξικό νάτριο και νερό.

Η οποία ονομάζεται επίσης φαινολοφθαλεΐνη,

Είναι μια  αντίδραση στην οποία ένα ισχυρό οξύ αντιδρά με μια ισχυρή βάση για να σχηματίσει ένα ουδέτερο άλας και νερό καθώς το προϊόν και το pH, σε αυτήν την περίπτωση, θα είναι  =7, αυτή η αντίδραση είναι γνωστή ως Εξουδετέρωση Ισχυρού Οξέος και Ισχυρής Βάσης.

Παράδειγμα – Το HCl αντιδρά με το NaOH για να σχηματίσει χλωριούχο νάτριο και νερό.

Εξουδετέρωση ισχυρού οξέος και ασθενούς βάσης:-

Κατά την εξουδετέρωση ισχυρού οξέος-ασθενούς βάσης, η βάση προστίθεται σε ισχυρό οξύ και τα ιόντα Η+ αντικαθίστανται από βασικά ιόντα και κατά την εξουδετέρωση, το άλας και το νερό λαμβάνονται, το pH, στην περίπτωση αυτή, θα είναι <7.

Για Πχ. – Το HCl αντιδρά με το υδροξείδιο του αμμωνίου σχηματίζοντας χλωριούχο αμμώνιο και νερό.

Υπολογισμός Ενθαλπίας Εξουδετέρωσης:-

Με τη χρήση θερμιδόμετρου, βρίσκεται η Ενθαλπία της Εξουδετέρωσης (ΔΗ). Γίνεται με ανάμειξη mole (γνωστές ποσότητες) ενός οξέος και μιας βάσης (και τα δύο αρχικά στην ίδια θερμοκρασία). Γίνεται χρησιμοποιώντας τον τύπο  mcpΔT, Δt του μείγματος η μεταβολή της θερμοκρασίας που μετράται χρησιμοποιώντας το θερμιδόμετρο.

Ο τύπος που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό του ΔH είναι mcpΔT 

Συμπέρασμα:- 

Η ενθαλπία εξουδετέρωσης είναι η αλλαγή στην ενθαλπία όταν τα διαλύματα ενός οξέος και ενός αλκαλίου αντιδρούν μαζί υπό τυπικές συνθήκες για να παράγουν 1 mole νερού.

Η θερμότητα που εκλύεται στην αντίδραση υπολογίζεται χρησιμοποιώντας την εξίσωση dqp=mcpΔT και τη θερμότητα που απορροφάται από το θερμιδόμετρο σε σταθερή πίεση.

Το ΔΗ είναι αρνητικό στην εξουδετέρωση που σημαίνει ότι είναι εξώθερμη αντίδραση.