Yasaya Hess: dîtina ΔH bi berhevkirina reaksiyonan

Çima fonksiyoneke rewşê yasaya Hess dixebitîne

Entalpî fonksiyoneke rewşê ye: nirxa wê tenê bi rewşa heyî ya pergalê ve girêdayî ye, ne bi awayê ku pergal gihîştiye wir. Guherîna ΔH di navbera rewşeke destpêkê û rewşeke dawî de ji ber vê yekê ji bo her rêyekê di navbera wan de wekhev e. Bilindahî bi heman awayî dixebite. Çi tu girekî bi rêya asê an bi zigzagên dirêj hilkişî, guherîna bilindahiya te yeksan e.

Yasaya Hess rasterast ji vê tê. Heke reaksiyonek wekî berhevoka du an zêdetir gavan bê nivîsandin, ΔH ya wê berhevoka nirxên ΔH yên gavan e. Gav ne hewce ne ku di rastiyê de çêbibin; ew tenê hewce ne ku hevkêşeyên kîmyewî yên derbasdar bin ku entalpiyên wan têne zanîn. Ev azadî yasayê ji bo reaksiyonên ku tu nikarî di kalorîmetreyekê de bi paqijî bimeşînî bikêr dike.

Sê rêzik ji bo rêvebirina hevkêşeyên termokîmyayî

Her rêzik ji vê rastiyê tê ku ΔH fonksiyoneke rewşê ya berfireh e. Berovajîkirina pêvajoyekê pergalê vedigerîne rewşa wê ya destpêkê, ji ber vê yekê guherîna entalpiyê divê wekhev û berovajî be. Du carî kirina mîqdara reaksiyonê enerjiya tevlî du carî dike.

Berî ku tiştekî bi hev ve bikî, hevkêşeya armancê di serê xebata xwe de binivîse. Paşê, di hevkêşeyên dayî de, her maddeya ku tenê carekê xuya dibe bibîne. Cih û hevbera wê dibêje ka ew hevkêşe divê berovajî bibe û bi kîjan faktorê divê bê pirkirin.

• Hevkêşeyekê berovajî bike û nîşana ΔH ya wê diguherî.
• Hevkêşeyekê bi faktorekê bipirkîne û ΔH ya wê bi heman faktorê tê pirkirin. Perçe wekî ½ destûr in.
• Hevkêşeyan li hev bike û nirxên ΔH yên wan li hev dibin. Cureyên ku li her du aliyên berhevokê xuya dibin betal dibin, lê tenê heke rewşên wan ên fîzîkî li hev bên.

Mînaka çareserkirî: berovajîkirin û berhevkirina du hevkêşeyan

ΔH° ji bo veguhertina grafîtê bo almasê bibîne, C(graphite) → C(diamond). Veguhertina rasterast zextê giran hewce dike û nayê di kalorîmetreyekê de meşandin, lê her du formên karbonê dişewitin. (1) C(graphite) + O₂(g) → CO₂(g), ΔH° = −393.51 kJ, û (2) C(diamond) + O₂(g) → CO₂(g), ΔH° = −395.40 kJ bi kar bîne. Nirxa yekem ji Pêvek G ya OpenStax Chemistry 2e ye; ya duyemîn ji heman tabloyê hate hesabkirin.

Grafît di (1) û di armancê de reaktant e, ji ber vê yekê (1) bihêle. Almas di (2) de reaktant e lê di armancê de berhem e, ji ber vê yekê (2) berovajî bike: CO₂(g) → C(diamond) + O₂(g), ΔH° = +395.40 kJ. Li hev kirina her duyan, O₂ û CO₂ li her aliyekî carekê xuya dibin û betal dibin, tam armancê dihêlin. ΔH° = −393.51 kJ + 395.40 kJ = +1.89 kJ.

Bersivê şirove bike. Nîşana erênî tê wateya ku almas di entalpiyê de piçekî ji grafîtê bilindtir e, bi grafît, ne almas, wekî forma referansê ya karbonê re lihevhatî. Mezinahiya piçûk a hejmarê bîrxistinek e ku jêkirina du nirxên mezin ên hema hema wekhev nezelaliya wan mezin dike.

Mînaka çareserkirî: sê hevkêşe û kontrolkirineke berovajî

ΔH° ji bo hîdrojenkirina C₂H₄(g) + H₂(g) → C₂H₆(g) ji daneyên şewitandinê bibîne. (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; û (3) C₂H₆(g) + 7/2 O₂(g) → 2 CO₂(g) + 3 H₂O(l), ΔH° = −1560.5 kJ bi kar bîne. Ev nirxên şewitandinê ji daneyên çêbûnê yên Pêvek G hatin hesabkirin da ku tu bikaribî wan dubare bikî.

C₂H₄ û H₂ di armancê û di hevkêşeyên (1) û (2) de reaktant in, ji ber vê yekê wan wekî hatine nivîsandin bihêle. C₂H₆ di armancê de berhem e lê di (3) de reaktant e, ji ber vê yekê (3) berovajî bike û nîşana wê bike +1560.5 kJ. Niha bijmêre: oksîjen li çepê 3 + ½ = 7/2 O₂ ye û li rastê 7/2 O₂; karbondîoksîd li her aliyekî 2 e; av li rastê 2 + 1 = 3 e û li çepê 3. Her tişt betal dibe ji bilî armancê. ΔH° = −1411.1 − 285.83 + 1560.5 = −136.4 kJ, heta yek cihê dehyekî tê raporkirin ji ber ku nirxên herî kêm rast yek hene.

Kontrolkirina berovajî bi entalpiyên çêbûnê: ΔH°f ya C₂H₆(g) −84.0 kJ/mol e û ya C₂H₄(g) +52.4 kJ/mol e, û H₂(g) sifir e, ji ber vê yekê ΔH° = −84.0 − 52.4 = −136.4 kJ. Du rêyên cuda heman bersivê didin, ku tam ya ku fonksiyoneke rewşê garantî dike ye.

Entalpiyên çêbûnê yên standard û rewşên referansê

Entalpiya çêbûnê ya standard, ΔH°f, guherîna entalpiyê ye dema yek mol ji pêkhateyekê ji elementên xwe, her yek di forma xwe ya referansê de, di şertên standard de çêdibe. Forma referansê bi îstisnayên kêm forma herî aram e: fosfor P₄(s) ya spî bi kar tîne, ku Pêvek G di sifirê de lîste dike. IUPAC zexta standard li 1 bar datîne; gelek tablo hê jî 1 atm bi kar tînin, û cudahî ji bo piraniya xebata entalpiyê ne girîng e. Nirxên tabloyê bi gelemperî di 298.15 K de têne dayîn.

Hevkêşeyeke çêbûnê her gav tam yek mol berhem çêdike, ji ber vê yekê hevberên perçeyî normal in: ½ N₂(g) + 3/2 H₂(g) → NH₃(g), ΔH°f = −45.9 kJ/mol. Ji bo elementekê ku berê di forma xwe ya referansê de ye, wekî O₂(g), H₂(g), grafît, an bromê şilav, ΔH°f bi pênaseyê sifir e. Formên din ên elementekê sifir nînin: Pêvek G almasê di +1.89 kJ/mol de li gorî grafîtê lîste dike.

Hesabkirina ΔH°rxn ji daneyên çêbûnê

Her reaksiyon dikare wekî du gav bê xeyal kirin: reaktantan bi elementên wan veqetîne, paşê berheman ji wan elementan ava bike. Gava yekem berovajiya reaksiyonên çêbûnê yên reaktantan e û ya duyemîn reaksiyonên çêbûnê yên berheman e. Ev formula xebatê dide ΔH°rxn = Σ n ΔH°f(products) − Σ m ΔH°f(reactants), ku n û m hevberên di hevkêşeya hevseng de ne.

Mînaka çareserkirî. ΔH° ji bo 2 N₂H₄(l) + N₂O₄(g) → 3 N₂(g) + 4 H₂O(g) bibîne, reaksiyoneke hîdrazînê ya wekî ya di hin motorên roketan de tê bikaranîn. Ji Pêvek G: N₂H₄(l) +50.63 kJ/mol, N₂O₄(g) +11.1 kJ/mol, H₂O(g) −241.82 kJ/mol, û N₂(g) 0. Berhem: 3(0) + 4(−241.82) = −967.28 kJ. Reaktant: 2(50.63) + 11.1 = 112.36 kJ. ΔH° = −967.28 − 112.36 = −1079.6 kJ, heta yek cihê dehyekî tê raporkirin ji ber ku 11.1 yek heye. Ew ji bo her molê hîdrazînê −539.8 kJ e.

Rewşa avê girîng e. Heke hevkêşe ava şilav çêbikira, bi −285.83 kJ/mol, bersiv dê −1255.7 kJ bûya. Cudahî çar carî entalpiya ye ku dema molek buhara avê diqeris azad dibe.

Xeletiyên ku hesabekî yasaya Hess dişkînin

Piraniya xeletiyan di van pirsgirêkan de xeletiyên tomarkirinê ne, û hejmareke nivîskî ya her cureyê hema hema hemûyan digire. Dema betalkirin armancê tam dubare nake, hevkêşeyek nerast hatiye berovajîkirin an mezinkirin.

Kontrola duyemîn ew e ku nîşanê texmîn bike. Şewitandin û çêbûna piraniya pêkhateyên aram egzotermîk in, ji ber vê yekê bersiveke erênî ji bo şewitandina sotemeniyekê nîşan dide gavek berovajî bûye.

• Berovajîkirina hevkêşeyekê bêyî guherandina nîşana ΔH ya wê.
• Pirkirina hevkêşeyekê bi 2 an ½ lê hiştina ΔH ya wê bêguherîn.
• Jêkirin bi rêza şaş: formul berhem kêm reaktant e.
• Ji bîrkirina hevberan dema entalpiyên çêbûnê têne berhev kirin.
• Bikaranîna ΔH°f ji bo rewşa şaş, wekî H₂O(g) dema hevkêşe H₂O(l) heye.
• Dayîna ΔH°f ya ne sifir ji elementekî di forma xwe ya referansê de, an dayîna sifirê ji pêkhateyekê.