Dlí Hess: ΔH a Fháil trí Imoibrithe a Shuimiú

Cén fáth a n-oibríonn feidhm staide dlí Hess

Is feidhm staide í eantalpacht: braitheann a luach ar staid reatha córais amháin, ní ar an gcaoi ar shroich an córas an staid sin. Mar sin tá an t-athrú ΔH idir staid tosaigh agus staid dheiridh mar a chéile do gach bealach eatarthu. Oibríonn airde ar an mbealach céanna. Cibé an dtéann tú suas cnoc ar an gcosán géar nó ar na lúbanna fada, tá d'athrú airde mar a chéile.

Leanann dlí Hess go díreach. Más féidir imoibriú a scríobh mar shuim dhá chéim nó níos mó, is é suim luachanna ΔH na gcéimeanna a ΔH. Ní gá do na céimeanna tarlú i ndáiríre; ní gá dóibh ach a bheith ina gcothromóidí ceimiceacha bailí a bhfuil a n-eantalpachtaí ar eolas. Is é an tsaoirse sin a fhágann go bhfuil an dlí úsáideach d'imoibrithe nach féidir leat a rith go glan i gcalraiméadar.

Trí riail chun cothromóidí teirmeaceimiceacha a láimhseáil

Leanann gach riail ón bhfíric gur feidhm staide fhairsing é ΔH. Filleann próiseas a aisiompú ar an gcóras chuig a staid tosaigh, mar sin caithfidh an t-athrú eantalpachta a bheith comhionann agus os coinne. Dúblaíonn méid an imoibrithe a dhúbailt an fuinneamh atá i gceist.

Sula gcomhcheanglaíonn tú rud ar bith, scríobh an chothromóid sprice ag barr d'oibre. Ansin aimsigh, sna cothromóidí tugtha, gach substaint nach bhfuil le feiceáil ach uair amháin. Insíonn a suíomh agus a comhéifeacht duit an gá an chothromóid sin a aisiompú agus cén fachtóir a ndéanfar í a iolrú faoi.

• Aisiompaigh cothromóid agus athraíonn tú comhartha a ΔH.
• Iolraigh cothromóid faoi fhachtóir agus iolraíonn tú a ΔH faoin bhfachtóir céanna. Ceadaítear codáin ar nós ½.
• Cuir cothromóidí le chéile agus cuireann tú a luachanna ΔH le chéile. Cealaíonn speicis atá ar an dá thaobh den suim, ach amháin má mheaitseálann a staideanna fisiciúla.

Sampla oibrithe: dhá chothromóid a aisiompú agus a shuimiú

Faigh ΔH° do ghraifít a thiontú go diamant, C(graifít) → C(diamant). Teastaíonn brú foircneach ón tiontú díreach agus ní féidir é a rith i gcalraiméadar, ach dónn an dá fhoirm charbóin. Úsáid (1) C(graifít) + O₂(g) → CO₂(g), ΔH° = −393.51 kJ, agus (2) C(diamant) + O₂(g) → CO₂(g), ΔH° = −395.40 kJ. Is ó Aguisín G OpenStax Chemistry 2e an chéad luach; ríomhadh an dara ceann ón tábla céanna.

Is imoibrí í graifít i (1) agus sa sprioc, mar sin coinnigh (1). Is imoibrí é diamant i (2) ach is táirge é sa sprioc, mar sin aisiompaigh (2): CO₂(g) → C(diamant) + O₂(g), ΔH° = +395.40 kJ. Má shuimítear an bheirt, tá O₂ agus CO₂ le feiceáil uair amháin ar gach taobh agus cealaíonn siad, ag fágáil an sprioc go beacht. ΔH° = −393.51 kJ + 395.40 kJ = +1.89 kJ.

Léirigh an freagra. Ciallaíonn an comhartha dearfach go luíonn diamant beagán níos airde in eantalpacht ná graifít, rud atá comhsheasmhach le graifít, ní diamant, a bheith ar an bhfoirm tagartha de charbón. Is meabhrúchán é méid beag an uimhir go méadaíonn dhá luach mhóra beagnach comhionanna a dhealú a n-éiginnteacht.

Sampla oibrithe: trí chothromóid agus trasseiceáil

Faigh ΔH° don hidriginiú C₂H₄(g) + H₂(g) → C₂H₆(g) ó shonraí dócháin. Úsáid (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; agus (3) C₂H₆(g) + 7/2 O₂(g) → 2 CO₂(g) + 3 H₂O(l), ΔH° = −1560.5 kJ. Ríomhadh na luachanna dócháin seo ó shonraí foirmithe Aguisín G ionas gur féidir leat iad a atáirgeadh.

Is imoibrithe iad C₂H₄ agus H₂ sa sprioc agus i gcothromóidí (1) agus (2), mar sin coinnigh iad mar atá scríofa. Is táirge é C₂H₆ sa sprioc ach is imoibrí é i (3), mar sin aisiompaigh (3) agus athraigh a chomhartha go +1560.5 kJ. Anois déan áireamh: tá ocsaigin 3 + ½ = 7/2 O₂ ar chlé agus 7/2 O₂ ar dheis; tá dé-ocsaíd charbóin 2 ar gach taobh; tá uisce 2 + 1 = 3 ar dheis agus 3 ar chlé. Cealaíonn gach rud ach amháin an sprioc. ΔH° = −1411.1 − 285.83 + 1560.5 = −136.4 kJ, arna thuairisciú go dtí aon ionad deachúlach amháin mar go bhfuil ceann amháin ag na luachanna is lú beachta.

Trasseiceáil le heantalpachtaí foirmithe: is é −84.0 kJ/mol ΔH°f C₂H₆(g) agus is é +52.4 kJ/mol ΔH°f C₂H₄(g), agus tá H₂(g) nialasach, mar sin ΔH° = −84.0 − 52.4 = −136.4 kJ. Tugann dhá bhealach éagsúla an freagra céanna, rud a ráthaíonn feidhm staide go beacht.

Eantalpachtaí foirmithe caighdeánacha agus staideanna tagartha

Is é an eantalpacht fhoirmithe chaighdeánach, ΔH°f, an t-athrú eantalpachta nuair a fhoirmíonn móil amháin de chomhdhúil óna heilimintí, gach ceann ina fhoirm thagartha, faoi choinníollacha caighdeánacha. Is í an fhoirm thagartha an fhoirm is cobhsaí le heisceachtaí annamha: úsáideann fosfar P₄(s) bán, a liostaíonn Aguisín G ag nialas. Socraíonn IUPAC brú caighdeánach ag 1 bar; úsáideann go leor tablaí 1 atm fós, agus is dearmadach an difríocht do fhormhór na hoibre eantalpachta. Tugtar luachanna tábláirithe ag 298.15 K de ghnáth.

Déanann cothromóid fhoirmithe móil amháin táirge go beacht, mar sin tá comhéifeachtaí codánacha gnáth: ½ N₂(g) + 3/2 H₂(g) → NH₃(g), ΔH°f = −45.9 kJ/mol. I gcás eiliminte atá ina foirm thagartha cheana, ar nós O₂(g), H₂(g), graifít, nó bróimín leachtach, tá ΔH°f nialasach de réir sainmhínithe. Ní nialas formhór na bhfoirmeacha eile d'eilimint: liostaíonn Aguisín G diamant ag +1.89 kJ/mol i gcoibhneas le graifít.

ΔH°rxn a ríomh ó shonraí foirmithe

Is féidir smaoineamh ar aon imoibriú mar dhá chéim: na himoibrithe a bhriseadh síos ina n-eilimintí, ansin na táirgí a thógáil as na heilimintí sin. Is í an chéad chéim aisiompú imoibrithe foirmithe na n-imoibrithe agus is iad an dara ceann imoibrithe foirmithe na dtáirgí. Tugann sé sin an fhoirmle oibre ΔH°rxn = Σ n ΔH°f(táirgí) − Σ m ΔH°f(imoibrithe), áit arb iad n agus m na comhéifeachtaí sa chothromóid chothromaithe.

Sampla oibrithe. Faigh ΔH° do 2 N₂H₄(l) + N₂O₄(g) → 3 N₂(g) + 4 H₂O(g), imoibriú hidrasaíne den chineál a úsáidtear i roinnt innill roicéad. Ó Aguisín G: N₂H₄(l) +50.63 kJ/mol, N₂O₄(g) +11.1 kJ/mol, H₂O(g) −241.82 kJ/mol, agus N₂(g) 0. Táirgí: 3(0) + 4(−241.82) = −967.28 kJ. Imoibrithe: 2(50.63) + 11.1 = 112.36 kJ. ΔH° = −967.28 − 112.36 = −1079.6 kJ, arna thuairisciú go dtí aon ionad deachúlach amháin mar go bhfuil ceann amháin ag 11.1. Is ionann sin agus −539.8 kJ in aghaidh na móile hidrasaíne.

Tá tábhacht ag staid an uisce. Dá dtáirgeadh an chothromóid uisce leachtach, ag úsáid −285.83 kJ/mol, bheadh an freagra −1255.7 kJ. Is é an difríocht ceithre huaire an eantalpacht a scaoiltear nuair a chomhdhlúthaíonn móil gaile uisce.

Earráidí a bhriseann ríomh dlí Hess

Is earráidí cuntasaíochta formhór na n-earráidí sna fadhbanna seo, agus gabhann áireamh scríofa de gach speiceas beagnach gach ceann acu. Nuair nach n-atáirgeann an cealú an sprioc go beacht, tá cothromóid aisiompaithe nó scálaithe go mícheart.

Seiceáil eile is ea an comhartha a mheas. Tá dóchán agus foirmiú formhór na gcomhdhúl cobhsaí eisiteirmeach, mar sin is comhartha céime aisiompaithe é freagra dearfach i gcás breosla a dhó.

• Cothromóid a aisiompú gan comhartha a ΔH a athrú.
• Cothromóid a iolrú faoi 2 nó ½ ach a ΔH a fhágáil gan athrú.
• Dealú san ord mícheart: is é an fhoirmle táirgí lúide imoibrithe.
• Na comhéifeachtaí a dhearmad agus eantalpachtaí foirmithe á suimiú.
• ΔH°f a úsáid don staid mhícheart, ar nós H₂O(g) nuair atá H₂O(l) sa chothromóid.
• ΔH°f nialasach a thabhairt d'eilimint nach bhfuil ina foirm thagartha, nó nialas a thabhairt do chomhdhúil.