Hessen legea: ΔH aurkitzea erreakzioak batuz

Zergatik funtzionatzen duen Hessen legeak egoera-funtzio bat delako

Entalpia egoera-funtzio bat da: bere balioa sistemaren uneko egoeraren araberakoa da bakarrik, ez sistema nola iritsi den hara. Hasierako egoera baten eta amaierako egoera baten arteko ΔH aldaketa beraz berdina da haien arteko bide guztientzat. Garaierak berdin funtzionatzen du. Muino bat bide aldapatsutik igo ala zigzag luzeetatik igo, zure garaiera-aldaketa berdina da.

Hessen legea zuzenean ondorioztatzen da. Erreakzio bat bi urrats edo gehiagoren batura gisa idatz badaiteke, bere ΔH urratsen ΔH balioen batura da. Urratsak ez dute errealitatean gertatu behar; ΔH ezaguna duten ekuazio kimiko baliodunak izatea nahikoa da. Askatasun horrek egiten du legea erabilgarri kalorimetro batean garbi exekutatu ezin dituzun erreakzioetarako.

Ekuazio termokimikoak manipulatzeko hiru arau

Arau bakoitza ΔH egoera-funtzio estentsiboa dela izatetik ondorioztatzen da. Prozesu bat alderantzikatzeak sistema bere hasierako egoerara itzultzen du, beraz entalpia-aldaketa berdina eta kontrakoa izan behar da. Erreakzio-kantitatea bikoizteak tartean dagoen energia bikoizten du.

Ezer konbinatu aurretik, idatzi helburuko ekuazioa zure lanaren goian. Gero aurkitu, emandako ekuazioetan, behin bakarrik agertzen den substantzia bakoitza. Bere posizioak eta koefizienteak esaten dizute ekuazio hori alderantzikatu behar den eta zein faktorez biderkatu behar den.

• Alderantzikatu ekuazio bat eta bere ΔH-ren zeinua aldatzen duzu.
• Biderkatu ekuazio bat faktore batez eta bere ΔH faktore beraz biderkatzen duzu. ½ bezalako zatikiak onartzen dira.
• Batu ekuazioak eta haien ΔH balioak batzen dituzu. Baturaren bi aldeetan agertzen diren espezieak deuseztatzen dira, baina haien egoera fisikoak bat badatoz bakarrik.

Adibide landua: bi ekuazio alderantzikatzea eta batzea

Aurkitu ΔH° grafitoa diamante bihurtzeko, C(grafitoa) → C(diamantea). Zuzeneko bihurketak presio muturrekoa behar du eta ezin da kalorimetro batean exekutatu, baina karbonoaren bi formek erre egiten dute. Erabili (1) C(grafitoa) + O₂(g) → CO₂(g), ΔH° = −393.51 kJ, eta (2) C(diamantea) + O₂(g) → CO₂(g), ΔH° = −395.40 kJ. Lehen balioa OpenStax Chemistry 2e-ren G eranskinekoa da; bigarrena taula beretik kalkulatu zen.

Grafitoa (1)-en eta helburuan erreaktibo da, beraz mantendu (1). Diamantea (2)-n erreaktibo da baina helburuan produktu, beraz alderantzikatu (2): CO₂(g) → C(diamantea) + O₂(g), ΔH° = +395.40 kJ. Biak batuz, O₂ eta CO₂ behin agertzen dira alde bakoitzean eta deuseztatzen dira, helburua zehazki utziz. ΔH° = −393.51 kJ + 395.40 kJ = +1.89 kJ.

Interpretatu erantzuna. Zeinu positiboak esan nahi du diamantea grafitoa baino entalpia apur bat altuagoan dagoela, karbonoaren erreferentzia-forma grafitoa dela eta ez diamantea dela adierazten duenarekin bat. Zenbakiaren tamaina txikiak gogorarazten du ia berdinak diren bi balio handi kentzeak haien ziurgabetasuna handitzen duela.

Adibide landua: hiru ekuazio eta gurutzatutako egiaztapen bat

Aurkitu ΔH° C₂H₄(g) + H₂(g) → C₂H₆(g) hidrogenaziorako errekuntza-datuetatik. Erabili (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; eta (3) C₂H₆(g) + 7/2 O₂(g) → 2 CO₂(g) + 3 H₂O(l), ΔH° = −1560.5 kJ. Errekuntza-balio hauek G eranskineko eraketa-datuetatik kalkulatu ziren erreproduzitu ahal izateko.

C₂H₄ eta H₂ erreaktibo dira helburuan eta (1) eta (2) ekuazioetan, beraz mantendu idatzita dauden bezala. C₂H₆ produktu da helburuan baina erreaktibo (3)-n, beraz alderantzikatu (3) eta aldatu bere zeinua +1560.5 kJ-ra. Orain zenbatu: oxigenoa 3 + ½ = 7/2 O₂ da ezkerrean eta 7/2 O₂ eskuinean; karbono dioxidoa 2 da alde bakoitzean; ura 2 + 1 = 3 da eskuinean eta 3 ezkerrean. Dena deuseztatzen da helburua izan ezik. ΔH° = −1411.1 − 285.83 + 1560.5 = −136.4 kJ, hamartar batera adierazita zehaztasun txikieneko balioek bat dutelako.

Gurutzatutako egiaztapena eraketa-entalpiekin: C₂H₆(g)-ren ΔH°f −84.0 kJ/mol da eta C₂H₄(g)-rena +52.4 kJ/mol, eta H₂(g) zero da, beraz ΔH° = −84.0 − 52.4 = −136.4 kJ. Bi bide desberdinek erantzun bera ematen dute, egoera-funtzio batek zehazki bermatzen duena.

Eraketa-entalpia estandarrak eta erreferentzia-egoerak

Eraketa-entalpia estandarra, ΔH°f, konposatu baten mol bat bere elementuetatik eratzen denean entalpia-aldaketa da, elementu bakoitza bere erreferentzia-formetan, baldintza estandarretan. Erreferentzia-forma forma egonkorrena da salbuespen urriekin: fosforoak P₄(s) zuria erabiltzen du, G eranskinak zeroan zerrendatzen duena. IUPAC-ek presio estandarra 1 barrean ezartzen du; taula askok 1 atm erabiltzen dute oraindik, eta aldea arbuiagarria da entalpia-lan gehienetan. Taulatutako balioak normalean 298.15 K-tan ematen dira.

Eraketa-ekuazio batek beti produktu-mol bat zehazki egiten du, beraz zatiki-koefizienteak normalak dira: ½ N₂(g) + 3/2 H₂(g) → NH₃(g), ΔH°f = −45.9 kJ/mol. Erreferentzia-formetan dagoen elementu baterako, O₂(g), H₂(g), grafitoa edo bromo likidoa bezala, ΔH°f zero da definizioz. Elementu baten beste formak ez dira zero: G eranskinak diamantea +1.89 kJ/mol-ean zerrendatzen du grafitoarekiko.

ΔH°rxn kalkulatzea eraketa-datuetatik

Edozein erreakzio bi urrats gisa irudika daiteke: deskonposatu erreaktiboak beren elementuetan, gero eraiki produktuak elementu horietatik. Lehen urratsa erreaktiboen eraketa-erreakzioen alderantzizkoa da eta bigarrena produktuen eraketa-erreakzioak. Horrek lan-formula ematen du: ΔH°rxn = Σ n ΔH°f(produktuak) − Σ m ΔH°f(erreaktiboak), non n eta m ekuazio doituko koefizienteak diren.

Adibide landua. Aurkitu ΔH° 2 N₂H₄(l) + N₂O₄(g) → 3 N₂(g) + 4 H₂O(g) erreakziorako, suzir-motor batzuetan erabiltzen den motako hidrazina-erreakzio batean. G eranskinetik: N₂H₄(l) +50.63 kJ/mol, N₂O₄(g) +11.1 kJ/mol, H₂O(g) −241.82 kJ/mol, eta N₂(g) 0. Produktuak: 3(0) + 4(−241.82) = −967.28 kJ. Erreaktiboak: 2(50.63) + 11.1 = 112.36 kJ. ΔH° = −967.28 − 112.36 = −1079.6 kJ, hamartar batera adierazita 11.1ek bat duelako. Hori hidrazina-mol bakoitzeko −539.8 kJ da.

Uraren egoerak axola du. Ekuazioak ur likidoa sortuko balu, −285.83 kJ/mol erabiliz, erantzuna −1255.7 kJ litzateke. Aldea ur-lurruna mol bat kondentsatzean askatzen den entalpiaren lau aldiz da.

Hessen legearen kalkulua hausten duten akatsak

Problema hauetako akats gehienak kontabilitate-akatsak dira, eta espezie bakoitzaren idatzitako zenbaketa batek ia guztiak harrapatzen ditu. Deuseztapenak helburua zehazki erreproduzitzen ez duenean, ekuazio bat gaizki alderantzikatu edo eskalatu da.

Bigarren egiaztapen bat zeinua estimatzea da. Errekuntzak eta konposatu egonkor gehienen eraketa exotermikoak dira, beraz erregai bat erretzeko erantzun positibo batek urrats alderantzikatu bat adierazten du.

• Ekuazio bat alderantzikatzea bere ΔH-ren zeinua aldatu gabe.
• Ekuazio bat 2z edo ½z biderkatzea baina bere ΔH aldatu gabe uztea.
• Alderantzizko ordenan kentzea: formula produktuak ken erreaktiboak da.
• Koefizienteak ahaztea eraketa-entalpiak batzean.
• Egoera okerrerako ΔH°f erabiltzea, H₂O(g) ekuazioak H₂O(l) duenean adibidez.
• Erreferentzia-formako elementu bati ΔH°f ez-zeroa ematea, edo konposatu bati zero ematea.