Πώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί η στοιχειομετρία σε συνδυασμό με θερμότητες σχηματισμών για τον υπολογισμό της ενέργειας μια αντίδραση;

Εδώ είναι πώς η στοιχειομετρία και οι θερμότητες σχηματισμού συνεργάζονται για να υπολογίσουν την ενεργειακή αλλαγή μιας αντίδρασης:

1. Κατανόηση των εννοιών

* Stoichiometry: Ασχολείται με τις ποσοτικές σχέσεις μεταξύ αντιδραστηρίων και προϊόντων σε χημικές αντιδράσεις. Χρησιμοποιεί ισορροπημένες χημικές εξισώσεις για τον προσδιορισμό της ποσότητας των εμπλεκόμενων αντιδραστηρίων και προϊόντων.

* Θερμότητα σχηματισμού (ΔHF °): Η αλλαγή ενθαλπίας (απορροφάται ή απελευθερώνεται θερμότητα) όταν σχηματίζεται ένα μολύβι μιας ένωσης από τα στοιχεία της στις τυποποιημένες καταστάσεις τους (συνήθως στους 25 ° C και 1 atm).

2. Ο νόμος του Hess και ο υπολογισμός

Ο νόμος του Hess δηλώνει ότι η αλλαγή ενθαλπίας μιας αντίδρασης είναι ανεξάρτητη από την οδό που λαμβάνεται, πράγμα που σημαίνει ότι η συνολική αλλαγή ενθαλπίας είναι η ίδια αν η αντίδραση συμβαίνει σε ένα βήμα ή πολλαπλά βήματα. Χρησιμοποιούμε αυτήν την αρχή για να υπολογίσουμε την αλλαγή ενθαλπίας μιας αντίδρασης χρησιμοποιώντας θερμότητες σχηματισμού.

Εδώ είναι η φόρμουλα:

ΔH ° rxn =Σ [ΔHF ° (προϊόντα)] - σ [ΔHF ° (αντιδραστήρια)]

* ΔH ° rxn : Η τυπική αλλαγή ενθαλπίας της αντίδρασης.

* σ [ΔHF ° (προϊόντα)]: Το άθροισμα των τυποποιημένων θερμότητας σχηματισμού των προϊόντων, το καθένα πολλαπλασιαστεί με τον στοιχειομετρικό συντελεστή του στην ισορροπημένη εξίσωση.

* σ [ΔHF ° (αντιδραστήρια)]: Το άθροισμα των τυποποιημένων θερμότητας σχηματισμού των αντιδραστηρίων, το καθένα πολλαπλασιαστεί με τον στοιχειομετρικό συντελεστή του στην ισορροπημένη εξίσωση.

Παράδειγμα:

Ας εξετάσουμε την καύση μεθανίου (CH4):

CH4 (g) + 2Ο2 (g) → CO2 (g) + 2H2O (L)

Για τον υπολογισμό της αλλαγής ενθαλπίας (ΔH ° rxn ) για αυτήν την αντίδραση:

1. Αναζητήστε τις τυπικές θερμότητες σχηματισμού (ΔHF °) για κάθε ένωση:

* ΔHF ° [CH4 (g)] =-74.8 kJ/mol

* ΔHF ° [O2 (g)] =0 kJ/mol (στοιχείο στην τυπική του κατάσταση)

* ΔHF ° [CO2 (g)] =-393.5 kJ/mol

* ΔHF ° [H2O (L)] =-285.8 kJ/mol

2. Εφαρμόστε τον τύπο:

ΔH ° rxn =[1 × (-393,5 kJ/mol) + 2 × (-285,8 kJ/mol)]-[1 × (-74,8 kJ/mol) + 2 × (0 kJ/mol)

ΔH ° rxn =-890.3 kJ/mol

Συμπέρασμα

Συνδυάζοντας τη στοιχειομετρία και τις θερμότητες σχηματισμού, μπορούμε να προσδιορίσουμε την μεταβολή της ενθαλπίας μιας αντίδρασης. Αυτές οι πληροφορίες είναι πολύτιμες για την πρόβλεψη της θερμότητας που απελευθερώνεται ή απορροφάται σε μια χημική διαδικασία, η οποία είναι απαραίτητη σε διάφορους τομείς, όπως η χημική μηχανική, η επιστήμη των υλικών και οι περιβαλλοντικές μελέτες.