Hess qanunu: reaksiyaları toplayaraq ΔH-ın tapılması

Hal funksiyası Hess qanununu niyə işlək edir

Entalpiya hal funksiyasıdır: onun qiyməti sistemin yalnız cari halından asılıdır, sistemin ora necə gəldiyindən yox. Başlanğıc hal ilə son hal arasındakı ΔH dəyişməsi buna görə aralarındakı hər yol üçün eynidir. Hündürlük də eyni cür işləyir. Təpəyə dik cığırla da, uzun dolanbac yolla da qalxsanız, hündürlük dəyişməniz eynidir.

Hess qanunu birbaşa buradan çıxır. Reaksiya iki və ya daha çox addımın cəmi kimi yazıla bilirsə, onun ΔH-ı addımların ΔH qiymətlərinin cəmidir. Addımların real olaraq baş verməsi lazım deyil; yalnız entalpiyaları məlum olan etibarlı kimyəvi tənliklər olmalıdırlar. Bu sərbəstlik qanunu kalorimetrdə təmiz aparıla bilməyən reaksiyalar üçün faydalı edir.

Termokimyəvi tənliklərlə işləmək üçün üç qayda

Hər qayda ΔH-ın ekstensiv hal funksiyası olmasından irəli gəlir. Prosesi tərsinə çevirmək sistemi başlanğıc halına qaytarır, buna görə entalpiya dəyişməsi ədədi bərabər, işarəcə əks olmalıdır. Reaksiya miqdarını ikiqat artırmaq iştirak edən enerjini ikiqat artırır.

Bir şeyi birləşdirməzdən əvvəl iş sahənizin yuxarısında hədəf tənliyi yazın. Sonra verilən tənliklərdə yalnız bir dəfə görünən hər maddəni tapın. Onun mövqeyi və əmsalı həmin tənliyin tərsinə çevrilməli olub-olmadığını və hansı vuruğa vurulmalı olduğunu göstərir.

• Tənliyi tərsinə çevirsəniz, ΔH-ın işarəsi dəyişir.
• Tənliyi vuruğa vursanız, onun ΔH-ını da eyni vuruğa vurursunuz. ½ kimi kəsrlərə icazə verilir.
• Tənlikləri toplasanız, onların ΔH qiymətlərini də toplayırsınız. Cəmin hər iki tərəfində görünən növlər ixtisar olunur, lakin yalnız fiziki halları üst-üstə düşərsə.

Həll olunmuş nümunə: iki tənliyin tərsinə çevrilməsi və toplanması

Qrafitin almaza çevrilməsi, C(graphite) → C(diamond), üçün ΔH°-ı tapın. Birbaşa çevrilmə həddindən artıq təzyiq tələb edir və kalorimetrdə aparıla bilməz, lakin karbonun hər iki forması yanır. (1) C(graphite) + O₂(g) → CO₂(g), ΔH° = −393.51 kJ və (2) C(diamond) + O₂(g) → CO₂(g), ΔH° = −395.40 kJ-dan istifadə edin. Birinci qiymət OpenStax Chemistry 2e Əlavə G-dəndir; ikincisi həmin cədvəldən hesablanıb.

Qrafit (1)-də və hədəfdə reagentdir, buna görə (1)-i saxlayın. Almaz (2)-də reagent, hədəfdə isə məhsuldur, buna görə (2)-ni tərsinə çevirin: CO₂(g) → C(diamond) + O₂(g), ΔH° = +395.40 kJ. İkisini topladıqda O₂ və CO₂ hər tərəfdə bir dəfə görünür və ixtisar olunur, dəqiq hədəf qalır. ΔH° = −393.51 kJ + 395.40 kJ = +1.89 kJ.

Cavabı şərh edin. Müsbət işarə almazın entalpiyaca qrafitdən bir qədər yüksəkdə olduğunu göstərir, bu da karbonun istinad forması almaz deyil, qrafit olması ilə uyğundur. Ədədin kiçikliyi iki böyük, demək olar ki, bərabər qiymətin çıxılmasının onların qeyri-müəyyənliyini böyütdüyünü xatırladır.

Həll olunmuş nümunə: üç tənlik və çarpaz yoxlama

C₂H₄(g) + H₂(g) → C₂H₆(g) hidrogenləşməsi üçün ΔH°-ı yanma məlumatlarından tapın. (1) C₂H₄(g) + 3 O₂(g) → 2 CO₂(g) + 2 H₂O(l), ΔH° = −1411.1 kJ; (2) H₂(g) + ½ O₂(g) → H₂O(l), ΔH° = −285.83 kJ; və (3) C₂H₆(g) + 7/2 O₂(g) → 2 CO₂(g) + 3 H₂O(l), ΔH° = −1560.5 kJ-dan istifadə edin. Bu yanma qiymətləri Əlavə G əmələgəlmə məlumatlarından hesablanıb ki, onları təkrarlaya biləsiniz.

C₂H₄ və H₂ hədəfdə, həmçinin (1) və (2) tənliklərində reagentdir, buna görə onları yazıldığı kimi saxlayın. C₂H₆ hədəfdə məhsul, (3)-də isə reagentdir, buna görə (3)-ü tərsinə çevirin və işarəsini +1560.5 kJ-a dəyişin. İndi yoxlayın: oksigen solda 3 + ½ = 7/2 O₂, sağda 7/2 O₂; karbon dioksid hər tərəfdə 2; su sağda 2 + 1 = 3, solda 3. Hədəfdən başqa hər şey ixtisar olunur. ΔH° = −1411.1 − 285.83 + 1560.5 = −136.4 kJ, bir onluq mərtəbəyə qədər göstərilir, çünki ən az dəqiq qiymətlərin bir onluq mərtəbəsi var.

Əmələgəlmə entalpiyaları ilə çarpaz yoxlama: C₂H₆(g)-nin ΔH°f-i −84.0 kJ/mol, C₂H₄(g)-nin +52.4 kJ/mol-dur və H₂(g) sıfırdır, buna görə ΔH° = −84.0 − 52.4 = −136.4 kJ. İki fərqli yol eyni cavabı verir və bunu hal funksiyası məhz zəmanət verir.

Əmələgəlmənin standart entalpiyaları və istinad halları

Əmələgəlmənin standart entalpiyası, ΔH°f, bir mol birləşmənin standart şəraitdə hər biri istinad formasında olan elementlərindən əmələ gəldiyi entalpiya dəyişməsidir. İstinad forması nadir istisnalarla ən sabit formadır: fosfor ağ P₄(s) götürür, Əlavə G onu sıfır kimi göstərir. İKYTB (IUPAC) standart təzyiqi 1 bar təyin edir; bir çox cədvəl hələ də 1 atm-dən istifadə edir və fərq entalpiya işlərinin çoxu üçün cüzidir. Cədvəlləşdirilmiş qiymətlər adətən 298.15 K-də verilir.

Əmələgəlmə tənliyi həmişə dəqiq bir mol məhsul əmələ gətirir, buna görə kəsr əmsallar normaldır: ½ N₂(g) + 3/2 H₂(g) → NH₃(g), ΔH°f = −45.9 kJ/mol. İstinad formasında olan element üçün, məsələn, O₂(g), H₂(g), qrafit və ya maye brom, ΔH°f tərifə görə sıfırdır. Elementin digər formaları sıfır deyil: Əlavə G almazı qrafitə nisbətən +1.89 kJ/mol göstərir.

Əmələgəlmə məlumatlarından ΔH°rxn-in hesablanması

İstənilən reaksiyanı iki addım kimi təsəvvür etmək olar: reagentləri elementlərinə parçalayın, sonra həmin elementlərdən məhsulları qurun. Birinci addım reagentlərin əmələgəlmə reaksiyalarının tərsi, ikincisi isə məhsulların əmələgəlmə reaksiyalarıdır. Bu, ΔH°rxn = Σ n ΔH°f(products) − Σ m ΔH°f(reactants) iş düsturunu verir, burada n və m tarazlaşdırılmış tənlikdəki əmsallardır.

Həll olunmuş nümunə. Bəzi raket mühərriklərində istifadə olunan növdən hidrazin reaksiyası olan 2 N₂H₄(l) + N₂O₄(g) → 3 N₂(g) + 4 H₂O(g) üçün ΔH°-ı tapın. Əlavə G-dən: N₂H₄(l) +50.63 kJ/mol, N₂O₄(g) +11.1 kJ/mol, H₂O(g) −241.82 kJ/mol və N₂(g) 0. Məhsullar: 3(0) + 4(−241.82) = −967.28 kJ. Reagentlər: 2(50.63) + 11.1 = 112.36 kJ. ΔH° = −967.28 − 112.36 = −1079.6 kJ, bir onluq mərtəbəyə qədər göstərilir, çünki 11.1-in bir onluq mərtəbəsi var. Bu, hər mol hidrazinə −539.8 kJ-dur.

Suyun halı əhəmiyyətlidir. Tənlik maye su əmələ gətirsəydi, −285.83 kJ/mol-dan istifadə etməklə cavab −1255.7 kJ olardı. Fərq bir mol su buxarı kondensasiya etdikdə ayrılan entalpiyanın dörd qatıdır.

Hess qanunu hesablamasını pozan səhvlər

Bu məsələlərdəki səhvlərin çoxu uçot səhvləridir və hər növün yazılı yoxlaması onların demək olar ki, hamısını tutur. İxtisar hədəfi dəqiq təkrarlamırsa, tənlik yanlış tərsinə çevrilib və ya miqyaslanıb.

İkinci yoxlama işarəni təxmin etməkdir. Yanmalar və əksər sabit birləşmələrin əmələ gəlməsi ekzotermikdir, buna görə yanacağın yanması üçün müsbət cavab tərsinə çevrilmiş addımı göstərir.

• Tənliyi ΔH-ının işarəsini dəyişmədən tərsinə çevirmək.
• Tənliyi 2-yə və ya ½-yə vurmaq, lakin ΔH-ını dəyişməz qoymaq.
• Yanlış ardıcıllıqla çıxmaq: düstur məhsullar minus reagentlərdir.
• Əmələgəlmə entalpiyalarını toplayarkən əmsalları unutmaq.
• ΔH°f-i yanlış hal üçün istifadə etmək, məsələn, tənlikdə H₂O(l) olduqda H₂O(g).
• İstinad formasındakı elementə sıfırdan fərqli ΔH°f, birləşməyə isə sıfır vermək.