អង់ថាល់ពី និងកាឡូរីម៉ែត្រ៖ ការវាស់កម្តៅនៃប្រតិកម្ម

ការគូរព្រំដែនរវាងប្រព័ន្ធ និងបរិស្ថានជុំវិញ

ការគណនាថាមពលគ្រប់មុខចាប់ផ្តើមដោយជ្រើសរើសប្រព័ន្ធ ជាធម្មតាជាសារធាតុគីមីដែលមានប្រតិកម្ម។ អ្វីៗផ្សេងទៀតគឺបរិស្ថានជុំវិញ ដែលក្នុងកាឡូរីម៉ែត្រមានន័យថាភាគច្រើនជាទឹក ឬសូលុយស្យុង និងភាជនៈ។ ថាមពលអាចឆ្លងព្រំដែនជាកម្តៅ q ឬជាការងារ w ហើយការផ្លាស់ប្តូរថាមពលខាងក្នុងរបស់ប្រព័ន្ធគឺ ΔU = q + w។

អង់ថាល់ពី H = U + PV ត្រូវបានកំណត់ដើម្បីឱ្យការផ្លាស់ប្តូររបស់វាស្មើនឹងកម្តៅដែលផ្លាស់ប្តូរនៅសម្ពាធថេរ នៅពេលការងារតែមួយគត់គឺការងារពង្រីក៖ ΔH = q_p។ ដោយសារគីមីវិទ្យាលើតុភាគច្រើនកើតឡើងនៅសម្ពាធបរិយាកាសប្រហែលថេរ អ្នកគីមីវិទ្យាធ្វើតារាងអង់ថាល់ពី ជាជាងថាមពលខាងក្នុង។

អនុសញ្ញាសញ្ញាសម្រាប់កម្តៅ និងអង់ថាល់ពី

សញ្ញាត្រូវបានសរសេរជានិច្ចពីទស្សនៈរបស់ប្រព័ន្ធ។ កម្តៅហូរចូលប្រព័ន្ធគឺវិជ្ជមាន កម្តៅហូរចេញគឺអវិជ្ជមាន។ ប្រតិកម្មចេញកម្តៅបញ្ចេញកម្តៅទៅបរិស្ថានជុំវិញ ដូច្នេះ ΔH របស់វាអវិជ្ជមាន ហើយបរិស្ថានជុំវិញឡើងក្តៅ។ ប្រតិកម្មស្រូបកម្តៅស្រូបកម្តៅ ដូច្នេះ ΔH របស់វាវិជ្ជមាន ហើយបរិស្ថានជុំវិញត្រជាក់។

ក្នុងកាឡូរីម៉ែត្រ អ្នកវាស់បរិស្ថានជុំវិញ មិនមែនប្រតិកម្មទេ។ ប្រសិនបើទឹកឡើងក្តៅ ទឹកបានទទួលកម្តៅ ហើយប្រតិកម្មបានបាត់បង់ចំនួនដូចគ្នាពិតប្រាកដ។ នេះផ្តល់ទំនាក់ទំនងសំខាន់នៃកាឡូរីម៉ែត្រ៖ q_reaction = −q_surroundings។

សមត្ថភាពកម្តៅ និងសមីការ q = mcΔT

កម្តៅដែលត្រូវការដើម្បីផ្លាស់ប្តូរសីតុណ្ហភាពនៃសារធាតុមួយគឺ q = mcΔT ដែល m ជាម៉ាស c ជាកម្តៅជាក់លាក់ (កម្តៅដែលត្រូវការដើម្បីកម្តៅមួយក្រាមមួយដឺក្រេ) និង ΔT = T_final − T_initial។ ការផ្លាស់ប្តូរមួយដឺក្រេសេលស្យូសស្មើនឹងការផ្លាស់ប្តូរមួយខែលវិន ដូច្នេះ ΔT មានតម្លៃដូចគ្នាលើមាត្រដ្ឋានណាក៏បាន។ កម្តៅជាក់លាក់ដែលប្រើខាងក្រោមមកពីតារាង OpenStax Chemistry 2e 5.1 ដែលបានវាស់ជិត 25 °C សម្រាប់ទឹករាវ c = 4.184 J/(g·°C)។

ឧទាហរណ៍ដោះស្រាយទី 1។ តើកម្តៅប៉ុន្មានលើកដុំស៊ីលីស្យូម 310.0 g ពី 24.5 °C ទៅ 160.0 °C? កម្តៅជាក់លាក់នៃស៊ីលីស្យូមគឺ 0.712 J/(g·°C)។ ΔT = 160.0 − 24.5 = 135.5 °C។ q = (310.0 g)(0.712 J/(g·°C))(135.5 °C) = 2.99 × 10⁴ J ឬ 29.9 kJ។ កម្តៅជាក់លាក់មានខ្ទង់សំខាន់បី ដូច្នេះចម្លើយក៏មានបីដែរ។

ឧទាហរណ៍ដោះស្រាយទី 2។ ដុំសំណ 450.0 g នៅ 88.0 °C ត្រូវបានដាក់ក្នុងទឹក 60.0 g នៅ 20.5 °C ក្នុងពែរស្នោ។ កម្តៅជាក់លាក់របស់សំណគឺ 0.130 J/(g·°C) ហើយរបស់ទឹកគឺតម្លៃដែលបានផ្តល់ខាងលើ។ កម្តៅដែលសំណបាត់ស្មើនឹងកម្តៅដែលទឹកទទួលបាន ដូច្នេះ q_lead + q_water = 0៖ (58.5 J/°C)(T_f − 88.0) + (251.0 J/°C)(T_f − 20.5) = 0 ដែលមេគុណនីមួយៗជាម៉ាសគុណកម្តៅជាក់លាក់។ ដោះស្រាយ T_f = (58.5 × 88.0 + 251.0 × 20.5)/(58.5 + 251.0) = 33.3 °C។ ពិនិត្យ៖ ទឹកទទួលបានប្រហែល 251.0 × 12.8 ≈ 3.2 kJ ហើយសំណបាត់ប្រហែល 58.5 × 54.7 ≈ 3.2 kJ។ សីតុណ្ហភាពរបស់ទឹកផ្លាស់ប្តូរតិចជាងសំណឆ្ងាយ ព្រោះសមត្ថភាពកម្តៅរបស់វាធំជាងបួនដង។

កាឡូរីម៉ែត្រកែវកាហ្វេនៅសម្ពាធថេរ

កាឡូរីម៉ែត្រកែវកាហ្វេគឺជាពែរអ៊ីសូឡង់បើកទៅរកខ្យល់ ដូច្នេះដំណើរការកើតឡើងនៅសម្ពាធថេរ ហើយកម្តៅដែលបានវាស់ផ្តល់ ΔH ដោយផ្ទាល់។ សម្រាប់សូលុយស្យុងក្នុងទឹករលាយ ការសន្មតធម្មតាគឺសូលុយស្យុងមានដង់ស៊ីតេ និងកម្តៅជាក់លាក់នៃទឹក ហើយពែរស្រូបកម្តៅមិនសំខាន់។

ឧទាហរណ៍ដោះស្រាយទី 3។ អាស៊ីតនីទ្រិក 0.800 mol/L ចំនួន 60.0 mL នៅ 21.42 °C ត្រូវបានលាយជាមួយប៉ូតាស្យូមអ៊ីដ្រូអុកស៊ីត 0.800 mol/L ចំនួន 60.0 mL នៅសីតុណ្ហភាពដូចគ្នា។ ល្បាយដល់ 26.75 °C។ រក ΔH ក្នុងមួយម៉ូលនៃទឹកដែលបង្កើត។ ម៉ាសនៃសូលុយស្យុង៖ 120.0 mL × 1.00 g/mL = 120. g។ ΔT = 26.75 − 21.42 = 5.33 °C។ q_solution = (120. g)(4.184 J/(g·°C))(5.33 °C) = 2.68 × 10³ J។ ដូច្នេះ q_reaction = −2.68 × 10³ J។

ម៉ូលនៃទឹកដែលបង្កើត៖ សូលុយស្យុងនីមួយៗផ្គត់ផ្គង់ 0.0600 L × 0.800 mol/L = 0.0480 mol ហើយប្រតិកម្ម H⁺(aq) + OH⁻(aq) → H₂O(l) គឺ 1:1 ដូច្នេះទឹក 0.0480 mol បង្កើតឡើង។ ΔH = −2.68 kJ / 0.0480 mol = −55.8 kJ/mol។ ជាការពិនិត្យ អង់ថាល់ពីបង្កើតស្តង់ដារពីឧបសម្ព័ន្ធ G របស់ OpenStax ផ្តល់ −285.83 − (−230.0) = −55.8 kJ/mol សម្រាប់ប្រតិកម្មសុទ្ធដូចគ្នា ដោយយក ΔH°f នៃ H⁺(aq) ជាសូន្យតាមអនុសញ្ញា។

កាឡូរីម៉ែត្របែបគ្រាប់បែក និងគម្លាតរវាង ΔU និង ΔH

ចំហេះត្រូវបានវាស់ក្នុងកាឡូរីម៉ែត្របែបគ្រាប់បែក ជាភាជនៈដែកបិទជិតក្នុងអាងទឹក។ ដោយសារមាឌថេរ គ្មានការងារពង្រីកត្រូវបានធ្វើទេ ហើយកម្តៅដែលបានវាស់គឺ ΔU មិនមែន ΔH ទេ។ ឧបករណ៍ទាំងមូលត្រូវបានក្រិតជាអង្គភាពមួយ ផ្តល់ថេរកាឡូរីម៉ែត្រ C_cal ជា kJ/°C ដូច្នេះ q = C_cal × ΔT ដោយគ្មានម៉ាស ឬកម្តៅជាក់លាក់ដាច់ដោយឡែក។

ឧទាហរណ៍ដោះស្រាយទី 4។ ការដុតបេនហ្សែនរាវ C₆H₆ 0.5000 g ក្នុងកាឡូរីម៉ែត្រដែលមាន C_cal = 10.25 kJ/°C បង្កើនសីតុណ្ហភាព 2.038 °C។ ជាមួយម៉ាសអាតូមស្តង់ដារ IUPAC ដែលបានបង្គត់ដល់ពីរខ្ទង់ទសភាគ (C 12.01, H 1.01) M = 78.12 g/mol ដូច្នេះ n = 0.5000 g / 78.12 g/mol = 0.006400 mol។ q_cal = (10.25 kJ/°C)(2.038 °C) = 20.89 kJ ដូច្នេះ ΔU = −20.89 kJ / 0.006400 mol = −3264 kJ/mol ដោយមានខ្ទង់សំខាន់បួន ព្រោះតម្លៃដែលបានវាស់នីមួយៗមានបួន។

ដើម្បីបម្លែងទៅអង់ថាល់ពី ប្រើ ΔH = ΔU + Δn_gas RT។ ក្នុង C₆H₆(l) + 15/2 O₂(g) → 6 CO₂(g) + 3 H₂O(l) ម៉ូលឧស្ម័នធ្លាក់ពី 7.5 ទៅ 6 ដូច្នេះ Δn_gas = −1.5 ហើយការកែតម្រូវគឺ (−1.5)(8.314 J/(mol·K))(298.15 K) = −3.72 kJ/mol។ ΔH = −3264 − 3.72 = −3268 kJ/mol ស្របនឹង −3267.7 kJ/mol ដែលទទួលបានពីអង់ថាល់ពីបង្កើតក្នុងឧបសម្ព័ន្ធ G។ ការកែតម្រូវកើនឡើងនៅពេលប្រតិកម្មបង្កើត ឬប្រើម៉ូលឧស្ម័នច្រើន។

ការអាន និងពង្រីកសមីការទែម៉ូគីមី

សមីការទែម៉ូគីមីភ្ជាប់ ΔH ទៅនឹងប្រតិកម្មដូចបានសរសេរពិតប្រាកដ។ ពីរដងនៃមេគុណ ΔH ក៏ពីរដង បញ្ច្រាសប្រតិកម្ម ហើយសញ្ញាត្រឡប់។ ស្ថានភាពរូបវ័ន្តមានសារៈសំខាន់៖ ការបង្កើតទឹករាវបញ្ចេញកម្តៅច្រើនជាងការបង្កើតចំហាយទឹក ព្រោះការខាប់ខ្លួនវាចេញកម្តៅ។

ដើម្បីរកកម្តៅសម្រាប់បរិមាណសារធាតុដែលបានផ្តល់ បម្លែងទៅម៉ូល ហើយប្រើ ΔH ក្នុងមួយម៉ូលនៃប្រតិកម្មជាកត្តាបម្លែង។ ការដុតបេនហ្សែន 12.5 g ជាមួយ ΔH = −3267.7 kJ ក្នុងមួយម៉ូលនៃបេនហ្សែន បញ្ចេញ (12.5 g / 78.12 g/mol) × 3267.7 kJ/mol = 523 kJ។ សរសេរវាជា q = −523 kJ សម្រាប់ប្រតិកម្ម ឬជាកម្តៅ 523 kJ ដែលបានបញ្ចេញ។

កំហុសកាឡូរីម៉ែត្រដែលប្តូរសញ្ញា ឬបាត់កម្តៅ

នព្វន្ធកាឡូរីម៉ែត្រខ្លី ដូច្នេះកំហុសភាគច្រើនជាកំហុសគំនិត។

ការពិនិត្យចុងក្រោយដែលអាចទុកចិត្តបានគឺរូបវ័ន្ត៖ ប្រសិនបើទឹកឡើងក្តៅ ប្រតិកម្មត្រូវតែមាន ΔH អវិជ្ជមាន។

• បាត់សញ្ញាដក៖ សីតុណ្ហភាពរបស់បរិស្ថានជុំវិញឡើង ដូច្នេះ q_reaction អវិជ្ជមាន។ ការរាយការណ៍ +55.8 kJ/mol សម្រាប់ប្រតិកម្មបន្សាបដែលធ្វើឱ្យទឹកក្តៅគឺជាកំហុសសញ្ញា។
• ម៉ាសខុស៖ ក្នុងកាឡូរីម៉ែត្រសូលុយស្យុង ចូរប្រើម៉ាសនៃសូលុយស្យុងទាំងមូល មិនមែនតែសារធាតុរលាយ ឬមាឌមួយក្នុងចំណោមមាឌទាំងពីរដែលបានលាយទេ។
• ក្នុងមួយក្រាម ធៀបនឹងក្នុងមួយម៉ូល៖ ចែកនឹងម៉ូលនៃប្រភេទដែលបានបញ្ជាក់ដើម្បីទទួលបាន kJ/mol ហើយប្រាប់ថាប្រភេទណា។
• លាយជូល និងគីឡូជូល៖ q ពី mcΔT ជាជូល ចូរបម្លែងមុនចែកទៅជាចម្លើយ kJ/mol។
• ចាត់ទុកទិន្នន័យគ្រាប់បែកជា ΔH៖ គ្រាប់បែកបិទជិតផ្តល់ ΔU ចូរអនុវត្តការកែតម្រូវ Δn_gas RT នៅពេលតម្រូវឱ្យមាន ΔH។