בכל התגובות הכימיות ניתן לקבל חום מהסביבה או להשתחרר לסביבה. החלפת החום בין תגובה כימית לסביבתה ידועה בשם האנתלפיה של התגובה, או H. עם זאת, לא ניתן למדוד H ישירות - במקום זאת, מדענים משתמשים בשינוי הטמפרטורה של תגובה לאורך זמן כדי למצוא את השינוי באנתלפיה. לאורך זמן (כתוב כ ח). בעזרת H, מדען יכול לקבוע אם תגובה מוציאה חום (או שהיא "אקסותרמית") או מקבלת חום (או שהיא "אנדותרמית"). בכללי, H = m x s x T, כאשר m הוא מסה המגיבים, s הוא החום הספציפי של המוצרים ו- T הוא השינוי בטמפרטורה בתגובה.
שלב
שיטה 1 מתוך 3: פתרון בעיות אנתלפיה
שלב 1. קבע את תגובת המוצרים והמגיבים שלך
כל תגובה כימית כוללת שתי קטגוריות כימיות - מוצרים ומגיבים. מוצרים הם חומרים כימיים הנובעים מתגובות, בעוד שמגיבים הם חומרים כימיים המשלבים או מתפצלים לייצר מוצרים. במילים אחרות, המגיבים של תגובה הם כמו המרכיבים של מתכון מזון, בעוד שהמוצרים הם המזון המוגמר. כדי למצוא את H של תגובה, ראשית, יש לזהות את המוצרים והמגיבים.
לדוגמה, נגיד שאנחנו הולכים למצוא את האנתלפיה של התגובה להיווצרות מים ממים וחמצן: 2H2 (מימן) + O2 (חמצן) → 2H2O (מים). במשוואה זו, ח2 ו או2 הוא המגיב ו ח2או הוא מוצר.
שלב 2. קבע את המסה הכוללת של המגיבים
לאחר מכן, מצא את מסת המגיבים שלך. אם אינך יודע את המסה שלו ואינך יכול לשקול אותו בקנה מידה מדעי, תוכל להשתמש במסה הטוחנת שלו כדי למצוא את המסה האמיתית שלו. המסה הטוחנת היא קבוע שניתן למצוא בטבלה המחזורית הרגילה (עבור יסודות בודדים) ובמקורות כימיים אחרים (עבור מולקולות ותרכובות). פשוט הכפל את המסה הטוחנת של כל מגיב במספר השומות כדי למצוא את המסה של המגיבים.
-
בדוגמת המים, המגיבים שלנו הם גזי מימן וחמצן, בעלי מסה טוחנת של 2 גרם ו -32 גרם. מכיוון שאנו משתמשים ב -2 שומות של מימן (אם לשפוט לפי המקדם של 2 ב- H2) ושומה אחת של חמצן (אם לשפוט לפי היעדר מקדמים ב- O2), נוכל לחשב את המסה הכוללת של המגיבים כדלקמן:
2 × (2g) + 1 × (32g) = 4g + 32g = 36 גרם
שלב 3. מצא את החום הספציפי של המוצר שלך
לאחר מכן, מצא את החום הספציפי של המוצר שאתה מנתח. לכל יסוד או מולקולה יש חום ספציפי ספציפי: ערך זה הוא קבוע ונמצא בדרך כלל במשאבי למידה בכימיה (למשל בטבלה בחלקו האחורי של ספר לימוד כימיה). ישנן דרכים שונות לחישוב חום ספציפי, אך לנוסחה בה אנו משתמשים אנו משתמשים ביחידת ג'ול/גרם ° C.
- שים לב שאם המשוואה שלך מכילה מספר מוצרים, יהיה עליך לחשב את האנתלפיה לתגובות האלמנטים המשמשים לייצור כל מוצר ולאחר מכן להוסיף אותם כדי למצוא את האנתלפיה הכוללת של התגובה.
- בדוגמה שלנו, המוצר הסופי הוא מים, שיש להם חום ספציפי של כ. 4.2 ג'אול/גרם ° C.
שלב 4. מצא את ההבדל בטמפרטורה לאחר התגובה
לאחר מכן, נמצא את T, השינוי בטמפרטורה לפני ואחרי התגובה. הפחת את הטמפרטורה ההתחלתית של התגובה (או T1) מהטמפרטורה הסופית לאחר התגובה (או T2) כדי לחשב אותה. כמו ברוב העבודות הכימיות, נעשה שימוש בטמפרטורת קלווין (K) (אם כי צלזיוס (C) ייתן את אותה התוצאה).
-
לדוגמא שלנו, נניח שהטמפרטורה ההתחלתית של התגובה היא 185K אך מתקררת ל -95 K כאשר התגובה הושלמה. בבעיה זו, T מחושב כדלקמן:
T = T2 - T1 = 95K - 185K = - 90K
שלב 5. השתמש בנוסחה H = m x s x T כדי לפתור
אם יש לך מ ', המסה של המגיבים, s, החום הספציפי של המוצרים ו- T, השינוי בטמפרטורת התגובה, אז אתה מוכן למצוא את האנתלפיה של התגובה. חבר את הערכים שלך לנוסחה H = m x s x T והכפל לפתרון. התשובה שלך כתובה ביחידות אנרגיה, כלומר ג'ול (J).
-
לבעיה לדוגמא שלנו, האנתלפיה של התגובה היא:
H = (36g) × (4.2 JK-1 g-1) × (-90K) = - 13,608 י
שלב 6. קבע אם התגובה שלך מקבלת או מאבדת אנרגיה
אחת הסיבות הנפוצות לחישוב H לתגובות שונות היא לקבוע אם התגובה היא אקסותרמית (מאבדת אנרגיה ומשחררת חום) או אנדותרמית (צוברת אנרגיה וסופגת חום). אם סימן התשובה הסופית שלך ל- H הוא חיובי, הרי שהתגובה היא אנדותרמית. בינתיים, אם הסימן שלילי, התגובה היא אקסותרמית. ככל שהמספר גדול יותר, כך התגובה האקסו או האנדותרמית גדולה יותר. היזהר בתגובות אקסותרמיות חזקות - לפעמים הן משחררות כמויות גדולות של אנרגיה, שאם משוחררות מהר מאוד עלולות לגרום להתפוצצות.
בדוגמה שלנו, התשובה הסופית היא -13608J. מכיוון שהסימן שלילי, אנו יודעים שהתגובה שלנו היא אקסותרמי. זה הגיוני - ח2 ו- O.2 הוא גז, בעוד ח2O, המוצר, הוא נוזל. הגז החם (בצורה של אדים) חייב לשחרר אנרגיה לסביבה בצורה של חום, כדי לקרר אותו ליצירת נוזל, כלומר התגובה ליצירת H2O הוא אקסותרמי.
שיטה 2 מתוך 3: הערכת גודל האנתלפי
שלב 1. השתמש באנרגיות הקשר כדי להעריך את האנתלפיה
כמעט כל התגובות הכימיות כוללות יצירה או שבירת קשרים בין אטומים. מכיוון שבתגובות כימיות לא ניתן להרוס או ליצור אנרגיה, אם נדע את כמות האנרגיה הדרושה ליצירת קשרים או שבירתם בתגובה, נוכל לאמוד את השינוי באנתלפיה לתגובה הכוללת ברמת דיוק גבוהה על ידי חיבור קשרים אלה. אנרגיות.
-
לדוגמה, התגובה השתמשה ב- H2 + F2 → 2HF. במשוואה זו, האנרגיה הנדרשת לפירוק אטומי H במולקולת H. היא2 הוא 436 kJ/mol, בעוד שהאנרגיה הנדרשת ל- F2 הוא 158 kJ/mol. לבסוף, האנרגיה הנדרשת ליצירת HF מ- H ו- F היא -568 kJ/mol. אנו מכפילים ב -2 מכיוון שהמוצר במשוואה הוא 2 HF, כך שזה 2 × -568 = -1136 kJ/mol. אם נחבר את כולם, נקבל:
436 + 158 + -1136 = - 542 kJ/mol.
שלב 2. השתמש באנתלפיה של היווצרות כדי לאמוד את האנתלפיה
האנתלפיה של היווצרות היא קבוצת ערכים H המייצגת את שינוי האנתלפיה של תגובה לייצור חומר כימי. אם אתה יודע את האנתלפיה של היווצרות הנדרשת לייצור המוצרים והמגיבים במשוואה, תוכל להוסיף אותם כדי לאמוד את האנתלפיה כמו אנרגיות הקשר שתוארו לעיל.
-
לדוגמה, המשוואה בשימוש C2ח5אה + 3O2 → 2CO2 + 3H2O. במשוואה זו אנו יודעים כי האנתלפיה של היווצרות לתגובה הבאה היא:
ג2ח5OH → 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
מכיוון שנוכל לסכם את המשוואות הללו כדי לקבל C2ח5אה + 3O2 → 2CO2 + 3H2O, מהתגובה שאנו מנסים למצוא את האנתלפיה, עלינו רק להוסיף את האנתלפיה של תגובת היווצרות למעלה כדי למצוא את האנתלפיה של תגובה זו, כדלקמן:
228 + -788 + -858 = - 1418 קג ש/מול.
שלב 3. אל תשכח לשנות את הסימן בעת הפיכת המשוואה
חשוב לציין שכאשר אתה משתמש באנתלפיה של היווצרות לחישוב האנתלפיה של תגובה, עליך לשנות את סימן האנתלפיה של היווצרות בכל פעם שאתה הופך את המשוואה לתגובת האלמנטים. במילים אחרות, אם אתה הופך אחת או יותר מהמשוואות שלך ליצירת תגובה כך שהמוצרים והמגיבים מבטלים זה את זה, שנה את סימן האנתלפיה של תגובת היווצרות שאתה מחליף.
בדוגמה לעיל, שים לב שתגובת היווצרות בה השתמשנו עבור C2ח5אוי הפוך. ג2ח5OH → 2C + 3H2 +0.5O2 להראות ג2ח5OH מפוצל, לא נוצר. מכיוון שהפכנו את המשוואה הזו כך שהתוצרים והמגיבים מבטלים זה את זה, שינינו את סימן האנתלפיה של היווצרות לתת 228 קג"ש/מול. למעשה, האנתלפיה של היווצרות עבור C.2ח5OH הוא -228 kJ/mol.
שיטה 3 מתוך 3: התבוננות בשינוי האנתלפי בניסויים
שלב 1. קח מיכל נקי ומלא אותו במים
קל לראות את עקרון האנתלפיה בניסוי פשוט. כדי להבטיח שהתגובה הניסיונית שלך לא תזוהם בחומרים חיצוניים, נקו ועקרו את המיכלים שאתם מתכוונים להשתמש בהם. מדענים משתמשים במיכלים אטומים מיוחדים הנקראים קלורימטר למדידת אנטלפיה, אך ניתן להשיג תוצאות טובות עם כל זכוכית או מבחנה קטנה. בכל מיכל שאתה משתמש, מלא אותו במים נקיים בטמפרטורת החדר. כדאי גם להתנסות בחדר עם טמפרטורה קרה.
לצורך ניסוי זה תזדקק למיכל קטן למדי. נבחן את ההשפעה של שינוי האנתלפיה של אלקה-סלצר על המים, כך שככל שתשתמשו פחות מים כך השינוי בטמפרטורה יהיה בולט יותר
שלב 2. הכנס את המדחום למיכל
קח מדחום והנח אותו במיכל כך שקצה המדחום יהיה מתחת למים. קרא את טמפרטורת המים - למטרותינו, טמפרטורת המים מסומנת ב- T1, הטמפרטורה ההתחלתית של התגובה.
נניח שאנו מודדים את טמפרטורת המים והתוצאה היא 10 מעלות צלזיוס. בכמה צעדים נשתמש בקריאות טמפרטורה אלה כדי להוכיח את עקרון האנתלפיה
שלב 3. הוסיפו אלקה-סלצר אחת למיכל
כאשר אתה מוכן להתחיל את הניסוי, זרוק אלקה-סלצר למים. תוכלו להבחין מיד שהגרגר מבעבע ולחנן. כאשר החרוזים מתמוססים במים, הם מתפרקים לתוך הביקרבונט הכימי (HCO.).3-) וחומצת לימון (המגיבה בצורה של יוני מימן, H+). כימיקלים אלה מגיבים ליצירת מים וגז פחמן דו חמצני במשוואה 3HCO3− + 3H+ → 3H2O + 3CO2.
שלב 4. מדוד את הטמפרטורה כשהתגובה הושלמה
צפו בהתקדמות התגובה - גרגירי אלקה -סלצר יתמוססו לאט. ברגע שתגובת הדגנים מסתיימת (או האטה), מודדים שוב את הטמפרטורה. המים צריכים להיות קרים מבעבר. אם הוא חם יותר, הניסוי עשוי להיות מושפע מכוחות חיצוניים (לדוגמה, אם החדר בו אתה נמצא חם).
לדוגמא הניסיונית שלנו, נניח שטמפרטורת המים היא 8 מעלות צלזיוס לאחר שהגרגרים מפסיקים להתנפח
שלב 5. הערך את האנתלפיה של התגובה
בניסוי אידיאלי, כאשר אתה מוריד גרגר אלקה-סלצר למים, הוא יוצר מים וגז פחמן דו חמצני (ניתן לראות את הגז כבועה שורקת) וגורם לטמפרטורת המים לרדת. מתוך מידע זה, אנו מניחים שהתגובה היא אנדותרמית - כלומר היא סופגת אנרגיה מהסביבה הסובבת. המגיבים הנוזלים המומסים דורשים אנרגיה נוספת כדי לייצר מוצר גזי, ולכן הם סופגים אנרגיה בצורה של חום מהסביבה (בניסוי זה, מים). זה גורם לטמפרטורת המים לרדת.
