Гессийн хууль: урвалуудыг нэмж ΔH олох

Төлөвийн функц Гессийн хуулийг яагаад ажиллуулдаг вэ

Энтальпи нь төлөвийн функц: түүний утга системийн одоогийн төлөвөөс л хамаарах бөгөөд систем тэнд хэрхэн хүрснээс хамаардаггүй. Иймээс эхлэх ба төгсгөлийн төлөвийн хоорондох ΔH өөрчлөлт тэдгээрийн хоорондох зам бүрт ижил. Өндөр ч адилхан ажиллана. Та толгод руу эгц замаар, эсвэл урт эргэлтүүдээр авирсан ч өндрийн өөрчлөлт ижил.

Гессийн хууль үүнээс шууд гарна. Хэрэв урвалыг хоёр ба түүнээс олон алхмын нийлбэр хэлбэрээр бичиж болох бол түүний ΔH нь алхмуудын ΔH утгуудын нийлбэр. Алхмууд бодитоор явагдах албагүй; зөвхөн энтальпи нь мэдэгдэж буй хүчинтэй химийн тэгшитгэл байхад хангалттай. Энэ эрх чөлөө хуулийг калориметрт цэвэрхэн явуулж болохгүй урвалуудад ашигтай болгодог.

Дулаан химийн тэгшитгэлийг хувиргах гурван дүрэм

Дүрэм бүр ΔH нь өргөн төлөвийн функц гэдгээс гарна. Процессыг эргүүлэх нь системийг эхний төлөвт нь буцаадаг тул энтальпийн өөрчлөлт тэнцүү, эсрэг байх ёстой. Урвалын хэмжээг хоёр дахин ихэсгэх нь оролцож буй энергийг хоёр дахин ихэсгэнэ.

Юуг ч нэгтгэхээсээ өмнө зорилтот тэгшитгэлээ ажлынхаа дээд хэсэгт бич. Дараа нь өгөгдсөн тэгшитгэлүүдээс зөвхөн нэг удаа гардаг бодис бүрийг ол. Түүний байрлал ба коэффициент нь тэр тэгшитгэлийг эргүүлэх, мөн ямар үржигдэхүүнээр үржүүлэхийг хэлж өгнө.

• Тэгшитгэлийг эргүүлбэл түүний ΔH-ын тэмдэг солигдоно.
• Тэгшитгэлийг үржигдэхүүнээр үржүүлбэл түүний ΔH-г ижил үржигдэхүүнээр үржүүлнэ. ½ зэрэг бутархай зөвшөөрөгдөнө.
• Тэгшитгэлүүдийг нэмбэл тэдний ΔH утгуудыг нэмнэ. Нийлбэрийн хоёр талд гарч байгаа төрлүүд хураагдана, гэхдээ физик төлөв нь таарч байвал л.

Бодит жишээ: хоёр тэгшитгэлийг эргүүлж нэмэх

Бал чулууг алмаз болгох C(graphite) → C(diamond) хөрвүүлэлтийн ΔH°-г ол. Шууд хөрвүүлэлт хэт өндөр даралт шаарддаг бөгөөд калориметрт явуулж болохгүй, гэхдээ нүүрстөрөгчийн хоёр хэлбэр хоёулаа шатдаг. (1) C(graphite) + O₂(g) → CO₂(g), ΔH° = −393.51 kJ, ба (2) C(diamond) + O₂(g) → CO₂(g), ΔH° = −395.40 kJ-ийг ашигла. Эхний утга OpenStax Chemistry 2e Хавсралт G-ээс; хоёр дахийг нь ижил хүснэгтээс тооцоолсон.

Бал чулуу (1) болон зорилтод урвалж тул (1)-ийг хэвээр үлдээ. Алмаз (2)-т урвалж боловч зорилтод бүтээгдэхүүн тул (2)-ыг эргүүл: CO₂(g) → C(diamond) + O₂(g), ΔH° = +395.40 kJ. Хоёрыг нэмбэл O₂ ба CO₂ хоёр талд нэг нэг удаа гарч хураагдаж, яг зорилтот тэгшитгэл үлдэнэ. ΔH° = −393.51 kJ + 395.40 kJ = +1.89 kJ.

Хариултыг тайлбарла. Эерэг тэмдэг нь алмаз бал чулуунаас энтальпиараа бага зэрэг өндөр байгааг, мөн нүүрстөрөгчийн лавлах хэлбэр нь алмаз биш бал чулуу байдагтай нийцэж байгааг илтгэнэ. Тооны жижиг хэмжээ нь хоёр том, бараг тэнцүү утгыг хасах нь тэдний тодорхойгүй байдлыг томруулдгийг сануулна.

Бодит жишээ: гурван тэгшитгэл ба хөндлөнгийн шалгалт

C₂H₄(g) + H₂(g) → C₂H₆(g) гидрогенжүүлэлтийн ΔH°-г шаталтын өгөгдлөөс ол. (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; ба (3) C₂H₆(g) + 7/2 O₂(g) → 2 CO₂(g) + 3 H₂O(l), ΔH° = −1560.5 kJ-ийг ашигла. Эдгээр шаталтын утгыг та давтаж гаргахын тулд Хавсралт G-ийн үүсгэлийн өгөгдлөөс тооцоолсон.

C₂H₄ ба H₂ нь зорилт болон (1), (2) тэгшитгэлүүдэд урвалж тул тэдгээрийг бичигдсэнээр нь үлдээ. C₂H₆ зорилтод бүтээгдэхүүн боловч (3)-д урвалж тул (3)-ыг эргүүлж, тэмдгийг нь +1560.5 kJ болго. Одоо тооллого хий: хүчилтөрөгч зүүн талд 3 + ½ = 7/2 O₂, баруун талд 7/2 O₂; нүүрсхүчлийн хий хоёр талд 2; ус баруун талд 2 + 1 = 3, зүүн талд 3. Зорилтоос бусад бүх зүйл хураагдана. ΔH° = −1411.1 − 285.83 + 1560.5 = −136.4 kJ, хамгийн бага нарийвчлалтай утгууд нэг аравтын оронтой тул нэг аравтын оронд тайлагнана.

Үүсгэлийн энтальпиар хөндлөнгийн шалгалт: C₂H₆(g)-ийн ΔH°f нь −84.0 kJ/mol, C₂H₄(g)-ийнх +52.4 kJ/mol, H₂(g) тэг, иймээс ΔH° = −84.0 − 52.4 = −136.4 kJ. Хоёр өөр зам ижил хариулт өгч байгаа нь төлөвийн функцийн баталгаа юм.

Үүсгэлийн стандарт энтальпи ба лавлах төлөв

Үүсгэлийн стандарт энтальпи ΔH°f нь нэгдлийн нэг моль нь элементүүдээсээ, тус бүр лавлах хэлбэртээ, стандарт нөхцөлд үүсэх үеийн энтальпийн өөрчлөлт. Лавлах хэлбэр нь ховор үл хамаарах тохиолдлоос бусад үед хамгийн тогтвортой хэлбэр: фосфор цагаан P₄(s)-ийг хэрэглэдэг бөгөөд Хавсралт G түүнийг тэгээр жагсаасан. IUPAC стандарт даралтыг 1 bar гэж тогтоосон; олон хүснэгт 1 atm-ийг хэрэглэсээр байгаа бөгөөд энтальпийн ихэнх ажилд ялгаа үл тоомсорлохуйц. Хүснэгтийн утгуудыг ихэвчлэн 298.15 K-д өгдөг.

Үүсгэлийн тэгшитгэл үргэлж яг нэг моль бүтээгдэхүүн гаргадаг тул бутархай коэффициент хэвийн: ½ N₂(g) + 3/2 H₂(g) → NH₃(g), ΔH°f = −45.9 kJ/mol. O₂(g), H₂(g), бал чулуу, шингэн бром гэх мэт аль хэдийн лавлах хэлбэртээ байгаа элементийн ΔH°f тодорхойлолтоор тэг. Элементийн бусад хэлбэр тэг биш: Хавсралт G алмазыг бал чулуутай харьцуулахад +1.89 kJ/mol гэж жагсаасан.

Үүсгэлийн өгөгдлөөс ΔH°rxn тооцоолох

Аливаа урвалыг хоёр алхам гэж төсөөлж болно: урвалжуудыг элементүүд рүү нь задлах, дараа нь тэдгээр элементүүдээс бүтээгдэхүүнийг бүтээх. Эхний алхам нь урвалжуудын үүсгэлийн урвалуудын урвуу, хоёр дахь нь бүтээгдэхүүний үүсгэлийн урвалууд. Энэ нь ΔH°rxn = Σ n ΔH°f(бүтээгдэхүүн) − Σ m ΔH°f(урвалж) гэсэн ажлын томьёог өгнө, энд n ба m нь тэнцүүлсэн тэгшитгэл дэх коэффициентүүд.

Бодит жишээ. 2 N₂H₄(l) + N₂O₄(g) → 3 N₂(g) + 4 H₂O(g), зарим пуужингийн хөдөлгүүрт хэрэглэгддэг төрлийн гидразины урвалын ΔH°-г ол. Хавсралт G-ээс: N₂H₄(l) +50.63 kJ/mol, N₂O₄(g) +11.1 kJ/mol, H₂O(g) −241.82 kJ/mol, N₂(g) 0. Бүтээгдэхүүн: 3(0) + 4(−241.82) = −967.28 kJ. Урвалж: 2(50.63) + 11.1 = 112.36 kJ. ΔH° = −967.28 − 112.36 = −1079.6 kJ, 11.1 нэг аравтын оронтой тул нэг аравтын оронд тайлагнана. Энэ нь гидразины моль тутамд −539.8 kJ.

Усны төлөв чухал. Хэрэв тэгшитгэл шингэн ус гаргасан бол −285.83 kJ/mol-ийг ашиглан хариулт −1255.7 kJ болно. Зөрүү нь моль усны уур конденсацлахад ялгарах энтальпийн дөрөв дахин.

Гессийн хуулийн тооцоог эвддэг алдаанууд

Эдгээр бодлогын ихэнх алдаа бүртгэлийн алдаа бөгөөд төрөл бүрийн бичмэл тооллого бараг бүгдийг нь барина. Хураалт зорилтыг яг хуулбарлахгүй бол тэгшитгэл буруу эргүүлэгдсэн эсвэл масштабласан байна.

Хоёр дахь шалгалт бол тэмдгийг тооцоолох. Шаталт ба ихэнх тогтвортой нэгдлийн үүсэл экзотермик тул түлшийг шатаах эерэг хариулт нь эргүүлэгдсэн алхмыг заана.

• Тэгшитгэлийг ΔH-ын тэмдгийг солихгүйгээр эргүүлэх.
• Тэгшитгэлийг 2 эсвэл ½-ээр үржүүлж, ΔH-г өөрчлөхгүй орхих.
• Буруу дарааллаар хасах: томьёо нь бүтээгдэхүүн хасах урвалж.
• Үүсгэлийн энтальпиг нэмэхдээ коэффициентийг мартах.
• Тэгшитгэлд H₂O(l) байхад H₂O(g) гэх мэт буруу төлөвийн ΔH°f хэрэглэх.
• Лавлах хэлбэрийн элементэд тэг биш ΔH°f өгөх, эсвэл нэгдэлд тэг өгөх.