Η μοριακή ενθαλπία του βενζολίου εξάτμισης στο σημείο βρασμού του 353,25 K είναι 30,8 kJ mol-1 Ποια είναι η εσωτερική ενέργεια;
Κατανόηση των εννοιών
* Ενθαλπία εξάτμισης (ΔHVAP): Η ποσότητα θερμικής ενέργειας που απαιτείται για την εξατμισμό ενός γραμμομόρου υγρού στο σημείο βρασμού του.
* Εσωτερική αλλαγή ενέργειας (ΔU): Η μεταβολή της συνολικής ενέργειας ενός συστήματος, η οποία περιλαμβάνει την ενέργεια που σχετίζεται με τις εσωτερικές κινήσεις του συστήματος (κινητική και δυνητική ενέργεια των μορίων).
* Σχέση μεταξύ ΔH και Δu: ΔΗ =Δu + PΔV, όπου το Ρ είναι πίεση και ΔV είναι η μεταβολή του όγκου.
Υπολογισμοί
1. Προσέγγιση ιδανικού αερίου: Μπορούμε να υποθέσουμε ότι ο ατμός βενζολίου συμπεριφέρεται σαν ένα ιδανικό αέριο στο σημείο βρασμού του. Αυτό μας επιτρέπει να χρησιμοποιήσουμε τον ιδανικό νόμο περί αερίου:PV =NRT, πού:
* P =πίεση
* V =όγκος
* n =αριθμός κροταλιών
* R =Ιδανική σταθερά αερίου (8.314 J/mol · k)
* T =θερμοκρασία
2. Υπολογισμός ΔV: Δεδομένου ότι έχουμε να κάνουμε με ένα mole του βενζολίου, μπορούμε να απλοποιήσουμε τον ιδανικό νόμο για το φυσικό αέριο στο V =RT/P. Η μεταβολή του όγκου (ΔV) είναι η διαφορά όγκου μεταξύ των φάσεων υγρού και αερίου:
* ΔV =V (αέριο) - V (υγρό) ≈ V (αέριο) (δεδομένου ότι ο όγκος του υγρού είναι αμελητέος σε σύγκριση με το αέριο)
* ΔV ≈ RT/P
3. Υπολογισμός Δu: Τώρα μπορούμε να συνδέσουμε τα πάντα στην εξίσωση ΔH =Δu + PΔV:
* Δu =ΔH - PVV
* Δu =ΔH - P (RT/P)
* Δu =ΔH - RT
4. τιμές αντικατάστασης:
* ΔH =30,8 kJ/mol =30800 J/mol
* R =8.314 j/mol · k
* T =353.25 k
* Δu =30800 J/mol - (8.314 J/mol · k) (353.25 K)
* Δu ≈ 28250 J/mol ≈ 28,3 kJ/mol
Συμπέρασμα
Η εσωτερική αλλαγή ενέργειας (Δu) για την εξάτμιση του βενζολίου στο σημείο βρασμού του είναι περίπου 28,3 kJ/mol.
