Հեսի օրենքը՝ ΔH-ի գտնումը ռեակցիաները գումարելով

Ինչու վիճակի ֆունկցիան աշխատեցնում է Հեսի օրենքը

Էնթալպիան վիճակի ֆունկցիա է՝ նրա արժեքը կախված է միայն համակարգի ներկայիս վիճակից, այլ ոչ այն բանից, թե ինչպես է համակարգը հասել այնտեղ։ Սկզբնական և վերջնական վիճակների միջև ΔH փոփոխությունը ուստի նույնն է նրանց միջև բոլոր ճանապարհների համար։ Բարձրությունը նույն կերպ է աշխատում։ Բլուրը զառիթափ արահետով բարձրանաք, թե երկար ոլորաններով, ձեր բարձրության փոփոխությունը նույնն է։

Հեսի օրենքը բխում է ուղղակիորեն։ Եթե ռեակցիան կարելի է գրել որպես երկու կամ ավելի քայլերի գումար, նրա ΔH-ը քայլերի ΔH արժեքների գումարն է։ Քայլերը իրականում տեղի ունենալու կարիք չունեն. դրանք միայն պետք է լինեն վավեր քիմիական հավասարումներ, որոնց էնթալպիաները հայտնի են։ Այդ ազատությունն է օրենքը օգտակար դարձնում այն ռեակցիաների համար, որոնք չեք կարող մաքուր կերպով կատարել կալորիմետրում։

Երեք կանոն ջերմաքիմիական հավասարումների մշակման համար

Յուրաքանչյուր կանոն բխում է այն փաստից, որ ΔH-ը էքստենսիվ վիճակի ֆունկցիա է։ Գործընթացը շրջելը համակարգը վերադարձնում է իր սկզբնական վիճակին, ուստի էնթալպիայի փոփոխությունը պետք է լինի հավասար և հակադիր։ Ռեակցիայի քանակը կրկնապատկելը կրկնապատկում է ներգրավված էներգիան։

Որևէ բան համադրելուց առաջ ձեր աշխատանքի վերևում գրեք թիրախային հավասարումը։ Ապա տրված հավասարումներում գտեք յուրաքանչյուր նյութ, որը հայտնվում է միայն մեկ անգամ։ Նրա դիրքն ու գործակիցը ձեզ ասում են՝ այդ հավասարումը պետք է շրջվի՞, և ինչ գործակցով բազմապատկվի։

• Շրջեք հավասարումը, և նրա ΔH-ի նշանը փոխեք։
• Հավասարումը բազմապատկեք գործակցով, և նրա ΔH-ը բազմապատկեք նույն գործակցով։ ½ նման կոտորակները թույլատրվում են։
• Գումարեք հավասարումները, և գումարեք նրանց ΔH արժեքները։ Գումարի երկու կողմերում հայտնվող մասնիկները կրճատվում են, բայց միայն եթե նրանց ֆիզիկական վիճակները համընկնում են։

Լուծված օրինակ՝ երկու հավասարման շրջում և գումարում

Գտեք ΔH°-ը գրաֆիտի ալմաստի փոխարկման համար՝ C(graphite) → C(diamond)։ Ուղղակի փոխարկումը պահանջում է ծայրահեղ ճնշում և չի կարող կատարվել կալորիմետրում, բայց ածխածնի երկու ձևերն էլ այրվում են։ Օգտագործեք (1) C(graphite) + O₂(g) → CO₂(g), ΔH° = −393.51 kJ, և (2) C(diamond) + O₂(g) → CO₂(g), ΔH° = −395.40 kJ։ Առաջին արժեքը OpenStax Chemistry 2e Հավելված G-ից է. երկրորդը հաշվարկվել է նույն աղյուսակից։

Գրաֆիտը ռեագենտ է (1)-ում և թիրախում, ուստի պահեք (1)-ը։ Ալմաստը ռեագենտ է (2)-ում, բայց արգասիք՝ թիրախում, ուստի շրջեք (2)-ը՝ CO₂(g) → C(diamond) + O₂(g), ΔH° = +395.40 kJ։ Երկուսը գումարելիս O₂-ը և CO₂-ը հայտնվում են յուրաքանչյուր կողմում մեկ անգամ և կրճատվում են՝ թողնելով ճիշտ թիրախը։ ΔH° = −393.51 kJ + 395.40 kJ = +1.89 kJ։

Մեկնաբանեք պատասխանը։ Դրական նշանը նշանակում է, որ ալմաստը էնթալպիայով թեթևակի ավելի բարձր է, քան գրաֆիտը, ինչը համապատասխանում է նրան, որ ածխածնի հենակետային ձևը գրաֆիտն է, այլ ոչ ալմաստը։ Թվի փոքր չափը հիշեցում է, որ երկու մեծ, գրեթե հավասար արժեքների հանումը մեծացնում է նրանց անորոշությունը։

Լուծված օրինակ՝ երեք հավասարում և խաչաձև ստուգում

Այրման տվյալներից գտեք ΔH°-ը C₂H₄(g) + H₂(g) → C₂H₆(g) ջրածնացման համար։ Օգտագործեք (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; և (3) C₂H₆(g) + 7/2 O₂(g) → 2 CO₂(g) + 3 H₂O(l), ΔH° = −1560.5 kJ։ Այս այրման արժեքները հաշվարկվել են Հավելված G-ի առաջացման տվյալներից, որպեսզի կարողանաք դրանք վերարտադրել։

C₂H₄-ը և H₂-ը ռեագենտներ են թե՛ թիրախում, թե՛ (1) և (2) հավասարումներում, ուստի դրանք պահեք ինչպես գրված է։ C₂H₆-ը արգասիք է թիրախում, բայց ռեագենտ (3)-ում, ուստի շրջեք (3)-ը և նրա նշանը փոխեք +1560.5 kJ։ Այժմ հաշվեկշիռ կազմեք՝ թթվածինը 3 + ½ = 7/2 O₂ է ձախում և 7/2 O₂՝ աջում; ածխաթթու գազը 2 է յուրաքանչյուր կողմում; ջուրը 2 + 1 = 3 է աջում և 3՝ ձախում։ Ամեն ինչ կրճատվում է, բացի թիրախից։ ΔH° = −1411.1 − 285.83 + 1560.5 = −136.4 kJ, նշված մեկ տասնորդականի ճշտությամբ, քանի որ ամենաքիչ ճշգրիտ արժեքներն ունեն մեկ տասնորդական։

Խաչաձև ստուգում առաջացման էնթալպիաներով՝ C₂H₆(g)-ի ΔH°f-ը −84.0 kJ/mol է, C₂H₄(g)-ինը՝ +52.4 kJ/mol, իսկ H₂(g)-ինը՝ զրո, ուստի ΔH° = −84.0 − 52.4 = −136.4 kJ։ Երկու տարբեր ճանապարհներ տալիս են նույն պատասխանը, ինչը հենց այն է, ինչ երաշխավորում է վիճակի ֆունկցիան։

Առաջացման ստանդարտ էնթալպիաներ և հենակետային վիճակներ

Առաջացման ստանդարտ էնթալպիան՝ ΔH°f-ը, էնթալպիայի փոփոխությունն է, երբ միացության մեկ մոլն առաջանում է իր տարրերից, յուրաքանչյուրը իր հենակետային ձևով, ստանդարտ պայմաններում։ Հենակետային ձևը ամենակայուն ձևն է հազվագյուտ բացառություններով. ֆոսֆորի համար օգտագործվում է սպիտակ P₄(s)-ը, որը Հավելված G-ը նշում է զրո։ IUPAC-ը ստանդարտ ճնշումը սահմանում է 1 bar. շատ աղյուսակներ դեռ օգտագործում են 1 atm, և տարբերությունը էնթալպիայի աշխատանքների մեծ մասի համար աննշան է։ Աղյուսակավորված արժեքները սովորաբար տրվում են 298.15 K-ում։

Առաջացման հավասարումը միշտ արտադրում է ճիշտ մեկ մոլ արգասիք, ուստի կոտորակային գործակիցները սովորական են՝ ½ N₂(g) + 3/2 H₂(g) → NH₃(g), ΔH°f = −45.9 kJ/mol։ Արդեն հենակետային ձևով տարրի համար, ինչպես O₂(g), H₂(g), գրաֆիտ կամ հեղուկ բրոմ, ΔH°f-ը զրո է ըստ սահմանման։ Տարրի այլ ձևերը զրո չեն. Հավելված G-ը ալմաստը նշում է +1.89 kJ/mol՝ գրաֆիտի նկատմամբ։

ΔH°rxn-ի հաշվարկը առաջացման տվյալներից

Ցանկացած ռեակցիա կարելի է պատկերացնել որպես երկու քայլ. ռեագենտները քայքայել իրենց տարրերի, ապա այդ տարրերից կառուցել արգասիքները։ Առաջին քայլը ռեագենտների առաջացման ռեակցիաների շրջումն է, իսկ երկրորդը՝ արգասիքների առաջացման ռեակցիաները։ Սա տալիս է աշխատանքային բանաձևը՝ ΔH°rxn = Σ n ΔH°f(արգասիքներ) − Σ m ΔH°f(ռեագենտներ), որտեղ n-ը և m-ը հավասարեցված հավասարման գործակիցներն են։

Լուծված օրինակ։ Գտեք ΔH°-ը 2 N₂H₄(l) + N₂O₄(g) → 3 N₂(g) + 4 H₂O(g)-ի համար՝ հիդրազինային ռեակցիա, որը օգտագործվում է որոշ հրթիռային շարժիչներում։ Հավելված G-ից՝ N₂H₄(l) +50.63 kJ/mol, N₂O₄(g) +11.1 kJ/mol, H₂O(g) −241.82 kJ/mol և N₂(g) 0։ Արգասիքներ՝ 3(0) + 4(−241.82) = −967.28 kJ։ Ռեագենտներ՝ 2(50.63) + 11.1 = 112.36 kJ։ ΔH° = −967.28 − 112.36 = −1079.6 kJ, նշված մեկ տասնորդականի ճշտությամբ, քանի որ 11.1-ն ունի մեկ։ Դա −539.8 kJ է հիդրազինի մեկ մոլի համար։

Ջրի վիճակը կարևոր է։ Եթե հավասարումը արտադրեր հեղուկ ջուր՝ օգտագործելով −285.83 kJ/mol, պատասխանը կլիներ −1255.7 kJ։ Տարբերությունը ջրային գոլորշու մեկ մոլի խտացման ժամանակ անջատվող էնթալպիայի չորս անգամն է։

Սխալներ, որոնք խախտում են Հեսի օրենքով հաշվարկը

Այս խնդիրների սխալների մեծ մասը հաշվառման սխալներ են, և յուրաքանչյուր մասնիկի գրավոր հաշվեկշիռը բռնում է գրեթե բոլորը։ Երբ կրճատումը ճիշտ չի վերարտադրում թիրախը, հավասարումը սխալ է շրջվել կամ բազմապատկվել։

Երկրորդ ստուգումը նշանը գնահատելն է։ Այրումները և շատ կայուն միացությունների առաջացումը էկզոթերմ են, ուստի վառելիքի այրման համար դրական պատասխանը ցույց է տալիս շրջված քայլ։

• Հավասարումը շրջել՝ առանց նրա ΔH-ի նշանը փոխելու։
• Հավասարումը բազմապատկել 2-ով կամ ½-ով, բայց նրա ΔH-ը թողնել անփոփոխ։
• Հանել սխալ կարգով. բանաձևը արգասիքներ մինուս ռեագենտներ է։
• Առաջացման էնթալպիաները գումարելիս մոռանալ գործակիցները։
• ΔH°f-ը օգտագործել սխալ վիճակի համար, օրինակ՝ H₂O(g), երբ հավասարումն ունի H₂O(l)։
• Հենակետային ձևով տարրին տալ ոչ զրոյական ΔH°f, կամ միացությանը՝ զրո։