Гесс мыйзамы: реакцияларды кошуу аркылуу ΔH табуу

Эмне үчүн абал функциясы Гесс мыйзамын иштетет

Энтальпия — абал функциясы: анын мааниси системанын азыркы абалына гана көз каранды, система ага кантип жеткенине эмес. Баштапкы жана акыркы абалдын ортосундагы ΔH өзгөрүүсү ошондуктан алардын ортосундагы ар бир жол үчүн бирдей. Бийиктик да ушундай иштейт. Адырга тик жолчо менен чыксаңыз да, узун ийри-буйру жол менен чыксаңыз да, бийиктик өзгөрүүңүз бирдей.

Гесс мыйзамы түздөн-түз келип чыгат. Эгер реакцияны эки же андан көп кадамдын суммасы катары жазууга болсо, анын ΔH мааниси кадамдардын ΔH маанилеринин суммасы. Кадамдар чындыкта болушу шарт эмес; алар энтальпиялары белгилүү жарактуу химиялык теңдемелер болушу гана керек. Ошол эркиндик мыйзамды калориметрде таза жүргүзө албаган реакциялар үчүн пайдалуу кылат.

Термохимиялык теңдемелерди өзгөртүүнүн үч эрежеси

Ар бир эреже ΔH экстенсивдүү абал функциясы экенинен келип чыгат. Процессти тескери кылуу системаны баштапкы абалына кайтарат, ошондуктан энтальпиянын өзгөрүүсү чоңдугу бирдей, белгиси карама-каршы болушу керек. Реакциянын өлчөмүн эки эсе көбөйтүү кошулган энергияны эки эсе көбөйтөт.

Бирдеме бириктиргенге чейин максаттуу теңдемени иштин башына жазыңыз. Андан кийин берилген теңдемелерден бир гана жолу кездешкен ар бир затты табыңыз. Анын орду жана коэффициенти ал теңдемени тескери кылуу керекпи жана кайсы көбөйтүүчүгө көбөйтүү керек экенин айтат.

• Теңдемени тескери кылсаңыз, анын ΔH белгисин өзгөртөсүз.
• Теңдемени көбөйтүүчүгө көбөйтсөңүз, анын ΔH ди да ошол көбөйтүүчүгө көбөйтөсүз. ½ сыяктуу бөлчөктөр уруксат.
• Теңдемелерди кошсоңуз, алардын ΔH маанилерин кошосуз. Сумманын эки тарабында кездешкен бөлүкчөлөр кыскарат, бирок алардын физикалык абалдары дал келсе гана.

Чыгарылган мисал: эки теңдемени тескери кылуу жана кошуу

Графиттен алмазга айландыруу, C(graphite) → C(diamond), үчүн ΔH° ту табыңыз. Түздөн-түз айландыруу өтө жогорку басымды талап кылат жана калориметрде жүргүзүлбөйт, бирок көмүртектин эки түрү тең күйөт. (1) C(graphite) + O₂(g) → CO₂(g), ΔH° = −393.51 kJ, жана (2) C(diamond) + O₂(g) → CO₂(g), ΔH° = −395.40 kJ колдонуңуз. Биринчи маани OpenStax Chemistry 2e G тиркемесинен; экинчиси ошол эле таблицадан эсептелген.

Графит (1) де жана максатта реагент, ошондуктан (1) ди сактаңыз. Алмаз (2) де реагент, бирок максатта продукт, ошондуктан (2) ни тескери кылыңыз: CO₂(g) → C(diamond) + O₂(g), ΔH° = +395.40 kJ. Экөөнү кошкондо O₂ жана CO₂ ар бир тарапта бир жолу чыгат жана кыскарат, так максат калат. ΔH° = −393.51 kJ + 395.40 kJ = +1.89 kJ.

Жоопту чечмелеңиз. Оң белги алмаз энтальпиясы боюнча графиттен бир аз жогору турганын билдирет, бул алмаз эмес, графит көмүртектин таяныч түрү экенине дал келет. Сандын кичинелиги эки чоң, дээрлик барабар маанини кемитүү алардын белгисиздигин чоңойторун эске салат.

Чыгарылган мисал: үч теңдеме жана айкаш текшерүү

Күйүү маалыматтарынан C₂H₄(g) + H₂(g) → C₂H₆(g) гидрлөөсү үчүн ΔH° ту табыңыз. (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; жана (3) C₂H₆(g) + 7/2 O₂(g) → 2 CO₂(g) + 3 H₂O(l), ΔH° = −1560.5 kJ колдонуңуз. Бул күйүү маанилери G тиркемесиндеги пайда болуу маалыматтарынан аларды кайра чыгара алгыдай эсептелген.

C₂H₄ жана H₂ максатта да, (1) жана (2) теңдемелеринде да реагенттер, ошондуктан аларды жазылгандай сактаңыз. C₂H₆ максатта продукт, бирок (3) те реагент, ошондуктан (3) тү тескери кылып, белгисин +1560.5 kJ га өзгөртүңүз. Эми эсептеңиз: кычкылтек сол жакта 3 + ½ = 7/2 O₂ жана оң жакта 7/2 O₂; көмүр кычкыл газы ар бир тарапта 2; суу оң жакта 2 + 1 = 3 жана сол жакта 3. Максаттан башка бардыгы кыскарат. ΔH° = −1411.1 − 285.83 + 1560.5 = −136.4 kJ, бир ондук белгиге чейин берилет, анткени эң так эмес маанилердин бир белгиси бар.

Пайда болуу энтальпиялары менен айкаш текшерүү: C₂H₆(g) дин ΔH°f мааниси −84.0 kJ/mol жана C₂H₄(g) дики +52.4 kJ/mol, ал эми H₂(g) нөл, ошондуктан ΔH° = −84.0 − 52.4 = −136.4 kJ. Эки ар башка жол бир эле жоопту берет, абал функциясы так ушуну кепилдейт.

Пайда болуунун стандарттуу энтальпиялары жана таяныч абалдар

Пайда болуунун стандарттуу энтальпиясы, ΔH°f, — бир моль кошулма өзүнүн элементтеринен, ар бири таяныч түрүндө, стандарттуу шарттарда пайда болгондогу энтальпиянын өзгөрүүсү. Таяныч түр — сейрек өзгөчөлүктөрдөн башка, эң туруктуу түр: фосфор үчүн ак P₄(s) колдонулат, аны G тиркемеси нөлдө көрсөтөт. IUPAC стандарттуу басымды 1 bar деп коёт; көптөгөн таблицалар дагы эле 1 atm колдонот, жана энтальпия иштеринин көбүндө айырма маанисиз. Таблицадагы маанилер адатта 298.15 K да берилет.

Пайда болуу теңдемеси ар дайым так бир моль продуктту жаратат, ошондуктан бөлчөк коэффициенттер кадимки көрүнүш: ½ N₂(g) + 3/2 H₂(g) → NH₃(g), ΔH°f = −45.9 kJ/mol. Өзүнүн таяныч түрүндөгү элемент үчүн, мисалы O₂(g), H₂(g), графит же суюк бром, ΔH°f аныктама боюнча нөл. Элементтин башка түрлөрү нөл эмес: G тиркемеси алмазды графитке салыштырмалуу +1.89 kJ/mol деп көрсөтөт.

Пайда болуу маалыматтарынан ΔH°rxn эсептөө

Ар кандай реакцияны эки кадам катары элестетсе болот: реагенттерди өздөрүнүн элементтерине ажыратуу, андан кийин ошол элементтерден продуктуларды куруу. Биринчи кадам реагенттердин пайда болуу реакцияларынын тескериси, экинчиси продуктулардын пайда болуу реакциялары. Бул иш формуласын берет: ΔH°rxn = Σ n ΔH°f(продуктулар) − Σ m ΔH°f(реагенттер), мында n жана m теңделген теңдемедеги коэффициенттер.

Чыгарылган мисал. 2 N₂H₄(l) + N₂O₄(g) → 3 N₂(g) + 4 H₂O(g) үчүн ΔH° ту табыңыз, бул кээ бир ракета кыймылдаткычтарында колдонулган гидразин реакциясы. G тиркемесинен: N₂H₄(l) +50.63 kJ/mol, N₂O₄(g) +11.1 kJ/mol, H₂O(g) −241.82 kJ/mol жана N₂(g) 0. Продуктулар: 3(0) + 4(−241.82) = −967.28 kJ. Реагенттер: 2(50.63) + 11.1 = 112.36 kJ. ΔH° = −967.28 − 112.36 = −1079.6 kJ, бир ондук белгиге чейин берилет, анткени 11.1 дин бир белгиси бар. Бул гидразиндин ар бир молуна −539.8 kJ.

Суунун абалы маанилүү. Эгер теңдеме суюк суу чыгарса, −285.83 kJ/mol колдонуп, жооп −1255.7 kJ болмок. Айырма бир моль суу буусу конденсацияланганда бөлүнгөн энтальпиянын төрт эсеси.

Гесс мыйзамынын эсебин бузган каталар

Бул маселелердеги каталардын көбү эсеп каталары, ал эми ар бир бөлүкчөнүн жазуу жүзүндөгү эсеби алардын дээрлик баарын байкайт. Кыскартуу максатты так кайра жаратпаса, кандайдыр бир теңдеме туура эмес тескери кылынган же масштабдалган.

Экинчи текшерүү — белгини баалоо. Күйүү жана көпчүлүк туруктуу кошулмалардын пайда болушу экзотермиялык, ошондуктан отунду күйгүзүү үчүн оң жооп тескери кадамды билдирет.

• Теңдемени анын ΔH белгисин өзгөртпөй тескери кылуу.
• Теңдемени 2ге же ½ ге көбөйтүп, бирок анын ΔH ди өзгөртүүсүз калтыруу.
• Туура эмес тартипте кемитүү: формула продуктулар минус реагенттер.
• Пайда болуу энтальпияларын кошкондо коэффициенттерди унутуу.
• Туура эмес абал үчүн ΔH°f колдонуу, мисалы теңдемеде H₂O(l) болгондо H₂O(g).
• Таяныч түрүндөгү элементке нөл эмес ΔH°f берүү, же кошулмага нөл берүү.