ເອນທາລປີ ແລະ ແຄລໍຣີເມທຣີ: ການວັດຄວາມຮ້ອນຂອງປະຕິກິລິຍາ

ແຕ້ມຂອບເຂດລະຫວ່າງລະບົບ ແລະ ສິ່ງແວດລ້ອມ

ທຸກການຄິດໄລ່ພະລັງງານເລີ່ມດ້ວຍການເລືອກລະບົບ, ປົກກະຕິແມ່ນສານເຄມີທີ່ເກີດປະຕິກິລິຍາ. ທຸກຢ່າງອື່ນແມ່ນສິ່ງແວດລ້ອມ, ເຊິ່ງໃນແຄລໍຣີມິເຕີໝາຍເຖິງນ້ຳ ຫຼື ສາລະລາຍ ແລະ ພາຊະນະເປັນຫຼັກ. ພະລັງງານສາມາດຂ້າມຂອບເຂດເປັນຄວາມຮ້ອນ, q, ຫຼື ເປັນງານ, w, ແລະ ການປ່ຽນແປງພະລັງງານພາຍໃນຂອງລະບົບແມ່ນ ΔU = q + w.

ເອນທາລປີ, H = U + PV, ຖືກນິຍາມເພື່ອໃຫ້ການປ່ຽນແປງຂອງມັນເທົ່າກັບຄວາມຮ້ອນທີ່ແລກປ່ຽນທີ່ຄວາມດັນຄົງທີ່ ເມື່ອງານດຽວແມ່ນງານການຂະຫຍາຍ: ΔH = q_p. ເພາະເຄມີໃນຫ້ອງທົດລອງສ່ວນໃຫຍ່ເກີດຂຶ້ນທີ່ຄວາມດັນບັນຍາກາດປະມານຄົງທີ່, ນັກເຄມີຈຶ່ງລວບລວມເອນທາລປີເປັນຕາຕະລາງແທນພະລັງງານພາຍໃນ.

ຂໍ້ຕົກລົງເລື່ອງເຄື່ອງໝາຍສຳລັບຄວາມຮ້ອນ ແລະ ເອນທາລປີ

ເຄື່ອງໝາຍຖືກຂຽນຈາກຈຸດຢືນຂອງລະບົບສະເໝີ. ຄວາມຮ້ອນທີ່ໄຫຼເຂົ້າລະບົບເປັນບວກ; ຄວາມຮ້ອນທີ່ໄຫຼອອກເປັນລົບ. ປະຕິກິລິຍາຄາຍຄວາມຮ້ອນປ່ອຍຄວາມຮ້ອນໃຫ້ສິ່ງແວດລ້ອມ, ສະນັ້ນ ΔH ຂອງມັນເປັນລົບ ແລະ ສິ່ງແວດລ້ອມຮ້ອນຂຶ້ນ. ປະຕິກິລິຍາດູດຄວາມຮ້ອນຮັບຄວາມຮ້ອນເຂົ້າ, ສະນັ້ນ ΔH ຂອງມັນເປັນບວກ ແລະ ສິ່ງແວດລ້ອມເຢັນລົງ.

ໃນແຄລໍຣີມິເຕີທ່ານວັດສິ່ງແວດລ້ອມ, ບໍ່ແມ່ນປະຕິກິລິຍາ. ຖ້ານ້ຳຮ້ອນຂຶ້ນ, ນ້ຳໄດ້ຮັບຄວາມຮ້ອນ, ແລະ ປະຕິກິລິຍາເສຍຄວາມຮ້ອນເທົ່ານັ້ນພໍດີ. ນີ້ໃຫ້ຄວາມສຳພັນຫຼັກຂອງແຄລໍຣີເມທຣີ: q_reaction = −q_surroundings.

ຄວາມຈຸຄວາມຮ້ອນ ແລະ ສົມຜົນ q = mcΔT

ຄວາມຮ້ອນທີ່ຕ້ອງການເພື່ອປ່ຽນອຸນຫະພູມຂອງສານແມ່ນ q = mcΔT, ເຊິ່ງ m ແມ່ນມວນ, c ແມ່ນຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະ (ຄວາມຮ້ອນທີ່ຕ້ອງການເພື່ອເຮັດໃຫ້ໜຶ່ງກຣາມຮ້ອນຂຶ້ນໜຶ່ງອົງສາ), ແລະ ΔT = T_final − T_initial. ການປ່ຽນແປງໜຶ່ງອົງສາເຊວຊຽດເທົ່າກັບການປ່ຽນແປງໜຶ່ງເຄວິນ, ສະນັ້ນ ΔT ມີຄ່າດຽວກັນໃນທັງສອງສະເກນ. ຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະທີ່ໃຊ້ຂ້າງລຸ່ມມາຈາກຕາຕະລາງ 5.1 ຂອງ OpenStax Chemistry 2e, ວັດໃກ້ 25 °C; ສຳລັບນ້ຳທີ່ເປັນຂອງແຫຼວ, c = 4.184 J/(g·°C).

ຕົວຢ່າງທີ່ແກ້ແລ້ວ 1. ຄວາມຮ້ອນເທົ່າໃດເຮັດໃຫ້ກ້ອນຊິລິກອນ 310.0 g ຮ້ອນຂຶ້ນຈາກ 24.5 °C ເປັນ 160.0 °C? ຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະຂອງຊິລິກອນແມ່ນ 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, ຫຼື 29.9 kJ. ຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະມີເລກສຳຄັນສາມຕົວ, ສະນັ້ນຄຳຕອບກໍມີສາມຕົວເຊັ່ນກັນ.

ຕົວຢ່າງທີ່ແກ້ແລ້ວ 2. ກ້ອນຕະກົ່ວ 450.0 g ທີ່ 88.0 °C ຖືກໃສ່ໃນນ້ຳ 60.0 g ທີ່ 20.5 °C ໃນຖ້ວຍໂຟມ. ຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະຂອງຕະກົ່ວແມ່ນ 0.130 J/(g·°C), ແລະ ຂອງນ້ຳແມ່ນຄ່າທີ່ໃຫ້ຂ້າງເທິງ. ຄວາມຮ້ອນທີ່ຕະກົ່ວເສຍເທົ່າກັບຄວາມຮ້ອນທີ່ນ້ຳໄດ້ຮັບ, ສະນັ້ນ q_lead + q_water = 0: (58.5 J/°C)(T_f − 88.0) + (251.0 J/°C)(T_f − 20.5) = 0, ເຊິ່ງແຕ່ລະສຳປະສິດແມ່ນມວນຄູນຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະ. ແກ້ໄດ້ T_f = (58.5 × 88.0 + 251.0 × 20.5)/(58.5 + 251.0) = 33.3 °C. ກວດ: ນ້ຳໄດ້ຮັບປະມານ 251.0 × 12.8 ≈ 3.2 kJ, ແລະ ຕະກົ່ວເສຍປະມານ 58.5 × 54.7 ≈ 3.2 kJ. ອຸນຫະພູມຂອງນ້ຳເຄື່ອນໜ້ອຍກວ່າຕະກົ່ວຫຼາຍເພາະຄວາມຈຸຄວາມຮ້ອນຂອງມັນໃຫຍ່ກວ່າຫຼາຍກວ່າສີ່ເທົ່າ.

ແຄລໍຣີເມທຣີຖ້ວຍກາເຟທີ່ຄວາມດັນຄົງທີ່

ແຄລໍຣີມິເຕີຖ້ວຍກາເຟເປັນຖ້ວຍກັນຄວາມຮ້ອນທີ່ເປີດສູ່ອາກາດ, ສະນັ້ນຂະບວນການເກີດທີ່ຄວາມດັນຄົງທີ່ ແລະ ຄວາມຮ້ອນທີ່ວັດໄດ້ໃຫ້ ΔH ໂດຍກົງ. ສຳລັບສາລະລາຍນ້ຳທີ່ເຈືອຈາງ, ການສົມມຸດທົ່ວໄປແມ່ນສາລະລາຍມີຄວາມໜາແໜ້ນ ແລະ ຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະຂອງນ້ຳ ແລະ ຖ້ວຍດູດຄວາມຮ້ອນນ້ອຍຈົນບໍ່ຕ້ອງຄິດ.

ຕົວຢ່າງທີ່ແກ້ແລ້ວ 3. ກົດໄນຕຣິກ 0.800 mol/L ປະລິມານ 60.0 mL ທີ່ 21.42 °C ຖືກປະສົມກັບໂພແທສຊຽມໄຮດຣອກໄຊດ໌ 0.800 mol/L ປະລິມານ 60.0 mL ທີ່ອຸນຫະພູມດຽວກັນ. ສ່ວນປະສົມໄປເຖິງ 26.75 °C. ຈົ່ງຫາ ΔH ຕໍ່ໂມນຂອງນ້ຳທີ່ເກີດ. ມວນຂອງສາລະລາຍ: 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. ສະນັ້ນ q_reaction = −2.68 × 10³ J.

ໂມນຂອງນ້ຳທີ່ເກີດ: ແຕ່ລະສາລະລາຍໃຫ້ 0.0600 L × 0.800 mol/L = 0.0480 mol, ແລະ ປະຕິກິລິຍາ H⁺(aq) + OH⁻(aq) → H₂O(l) ແມ່ນ 1:1, ສະນັ້ນເກີດນ້ຳ 0.0480 mol. ΔH = −2.68 kJ / 0.0480 mol = −55.8 kJ/mol. ເປັນການກວດ, ເອນທາລປີມາດຕະຖານຂອງການເກີດຈາກພາກຜະໜວກ G ຂອງ OpenStax ໃຫ້ −285.83 − (−230.0) = −55.8 kJ/mol ສຳລັບປະຕິກິລິຍາສຸດທິດຽວກັນ, ໂດຍຖື ΔH°f ຂອງ H⁺(aq) ເປັນສູນຕາມຂໍ້ຕົກລົງ.

ແຄລໍຣີເມທຣີແບບລະເບີດ ແລະ ຄວາມແຕກຕ່າງລະຫວ່າງ ΔU ແລະ ΔH

ການເຜົາໄໝ້ຖືກວັດໃນແຄລໍຣີມິເຕີແບບລະເບີດ, ພາຊະນະເຫຼັກປິດສະນິດໃນອ່າງນ້ຳ. ເພາະປະລິມານຄົງທີ່, ບໍ່ມີງານການຂະຫຍາຍ ແລະ ຄວາມຮ້ອນທີ່ວັດໄດ້ແມ່ນ ΔU, ບໍ່ແມ່ນ ΔH. ອຸປະກອນທັງໝົດຖືກປັບທຽບເປັນໜ່ວຍດຽວ, ໃຫ້ຄ່າຄົງທີ່ແຄລໍຣີມິເຕີ C_cal ໃນ kJ/°C, ສະນັ້ນ q = C_cal × ΔT ໂດຍບໍ່ມີມວນ ຫຼື ຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະແຍກຕ່າງຫາກ.

ຕົວຢ່າງທີ່ແກ້ແລ້ວ 4. ການເຜົາເບນຊີນທີ່ເປັນຂອງແຫຼວ, C₆H₆, 0.5000 g ໃນແຄລໍຣີມິເຕີທີ່ C_cal = 10.25 kJ/°C ເຮັດໃຫ້ອຸນຫະພູມເພີ່ມຂຶ້ນ 2.038 °C. ໃຊ້ນ້ຳໜັກອະຕອມມາດຕະຖານຂອງ IUPAC ທີ່ປັດເສດເປັນສອງຕຳແໜ່ງທົດສະນິຍົມ (C 12.01, H 1.01), M = 78.12 g/mol, ສະນັ້ນ n = 0.5000 g / 78.12 g/mol = 0.006400 mol. q_cal = (10.25 kJ/°C)(2.038 °C) = 20.89 kJ, ສະນັ້ນ ΔU = −20.89 kJ / 0.006400 mol = −3264 kJ/mol, ເປັນເລກສຳຄັນສີ່ຕົວເພາະທຸກຄ່າທີ່ວັດໄດ້ມີສີ່ຕົວ.

ເພື່ອປ່ຽນເປັນເອນທາລປີ, ໃຊ້ ΔH = ΔU + Δn_gas RT. ໃນ C₆H₆(l) + 15/2 O₂(g) → 6 CO₂(g) + 3 H₂O(l), ໂມນຂອງແກັສຫຼຸດຈາກ 7.5 ເປັນ 6, ສະນັ້ນ Δn_gas = −1.5 ແລະ ການແກ້ໄຂແມ່ນ (−1.5)(8.314 J/(mol·K))(298.15 K) = −3.72 kJ/mol. ΔH = −3264 − 3.72 = −3268 kJ/mol, ສອດຄ່ອງກັບ −3267.7 kJ/mol ທີ່ໄດ້ຈາກເອນທາລປີຂອງການເກີດໃນພາກຜະໜວກ G. ການແກ້ໄຂເພີ່ມຂຶ້ນເມື່ອປະຕິກິລິຍາສ້າງ ຫຼື ໃຊ້ແກັສຫຼາຍໂມນ.

ການອ່ານ ແລະ ປັບຂະໜາດສົມຜົນເທີໂມເຄມີ

ສົມຜົນເທີໂມເຄມີຕິດ ΔH ກັບປະຕິກິລິຍາຕາມທີ່ຂຽນພໍດີ. ເພີ່ມສຳປະສິດສອງເທົ່າ ແລ້ວ ΔH ກໍເພີ່ມສອງເທົ່າ; ກັບທິດປະຕິກິລິຍາ ແລ້ວເຄື່ອງໝາຍກໍກັບ. ສະຖານະທາງກາຍະພາບສຳຄັນ: ການສ້າງນ້ຳທີ່ເປັນຂອງແຫຼວປ່ອຍຄວາມຮ້ອນຫຼາຍກວ່າການສ້າງໄອນ້ຳ, ເພາະການຄວບແໜ້ນເອງເປັນການຄາຍຄວາມຮ້ອນ.

ເພື່ອຫາຄວາມຮ້ອນສຳລັບຈຳນວນສານທີ່ກຳນົດ, ໃຫ້ປ່ຽນເປັນໂມນ ແລະ ໃຊ້ ΔH ຕໍ່ໂມນຂອງປະຕິກິລິຍາເປັນປັດໄຈປ່ຽນ. ການເຜົາເບນຊີນ 12.5 g, ດ້ວຍ ΔH = −3267.7 kJ ຕໍ່ໂມນຂອງເບນຊີນ, ປ່ອຍ (12.5 g / 78.12 g/mol) × 3267.7 kJ/mol = 523 kJ. ຂຽນເປັນ q = −523 kJ ສຳລັບປະຕິກິລິຍາ, ຫຼື ເປັນຄວາມຮ້ອນ 523 kJ ທີ່ປ່ອຍອອກ.

ຂໍ້ຜິດພາດໃນແຄລໍຣີເມທຣີທີ່ເຮັດໃຫ້ເຄື່ອງໝາຍກັບດ້ານ ຫຼື ຄວາມຮ້ອນສູນຫາຍ

ການຄິດໄລ່ແຄລໍຣີເມທຣີສັ້ນ, ສະນັ້ນຂໍ້ຜິດພາດສ່ວນໃຫຍ່ເປັນຂໍ້ຜິດພາດດ້ານແນວຄິດ.

ການກວດສຸດທ້າຍທີ່ເຊື່ອຖືໄດ້ແມ່ນທາງກາຍະພາບ: ຖ້ານ້ຳຮ້ອນຂຶ້ນ, ປະຕິກິລິຍາຕ້ອງມີ ΔH ເປັນລົບ.

• ຂາດເຄື່ອງໝາຍລົບ: ອຸນຫະພູມຂອງສິ່ງແວດລ້ອມເພີ່ມຂຶ້ນ, ສະນັ້ນ q_reaction ເປັນລົບ. ການລາຍງານ +55.8 kJ/mol ສຳລັບການເປັນກາງທີ່ເຮັດໃຫ້ນ້ຳອຸ່ນຂຶ້ນແມ່ນຂໍ້ຜິດພາດດ້ານເຄື່ອງໝາຍ.
• ມວນຜິດ: ໃນແຄລໍຣີເມທຣີຂອງສາລະລາຍ, ໃຊ້ມວນຂອງສາລະລາຍທັງໝົດ, ບໍ່ແມ່ນສະເພາະສານລະລາຍ ຫຼື ໜຶ່ງໃນສອງປະລິມານທີ່ປະສົມ.
• ຕໍ່ກຣາມ ທຽບກັບ ຕໍ່ໂມນ: ໃຫ້ຫານດ້ວຍໂມນຂອງສະປີຊີສ໌ທີ່ລະບຸເພື່ອໄດ້ kJ/mol, ແລະ ບອກວ່າສະປີຊີສ໌ໃດ.
• ປົນຈູນກັບກິໂລຈູນ: q ຈາກ mcΔT ເປັນຈູນ; ໃຫ້ປ່ຽນກ່ອນຫານເຂົ້າຄຳຕອບ kJ/mol.
• ຖືຂໍ້ມູນແບບລະເບີດເປັນ ΔH: ແຄລໍຣີມິເຕີແບບລະເບີດປິດສະນິດໃຫ້ ΔU; ໃຫ້ນຳການແກ້ໄຂ Δn_gas RT ມາໃຊ້ເມື່ອຕ້ອງການ ΔH.