အင်သာလ်ပီနှင့် ကယ်လိုရီမီထရီ- ဓာတ်ပြုမှုတစ်ခု၏ အပူကို တိုင်းတာခြင်း

စနစ်နှင့် ပတ်ဝန်းကျင်ကြား နယ်နိမိတ်ကို ဆွဲခြင်း

စွမ်းအင်တွက်ချက်မှုတိုင်းသည် များသောအားဖြင့် ဓာတ်ပြုနေသော ဓာတုပစ္စည်းများဖြစ်သော စနစ်ကို ရွေးချယ်ခြင်းဖြင့် စတင်သည်။ အခြားအရာအားလုံးသည် ပတ်ဝန်းကျင်ဖြစ်ပြီး ကယ်လိုရီမီတာတွင် အဓိကအားဖြင့် ရေ သို့မဟုတ် ပျော်ရည်နှင့် ဖလပ်စ်ကို ဆိုလိုသည်။ စွမ်းအင်သည် အပူ q အဖြစ် သို့မဟုတ် အလုပ် w အဖြစ် နယ်နိမိတ်ကို ဖြတ်ကျော်နိုင်ပြီး စနစ်၏ အတွင်းစွမ်းအင်ပြောင်းလဲမှုမှာ ΔU = q + w ဖြစ်သည်။

အင်သာလ်ပီ H = U + PV ကို ဖိအားပုံသေ၌ တစ်ခုတည်းသော အလုပ်မှာ ချဲ့ထွင်မှုအလုပ်ဖြစ်သောအခါ ၎င်း၏ပြောင်းလဲမှုသည် ဖလှယ်သော အပူနှင့် ညီမျှစေရန် အဓိပ္ပာယ်သတ်မှတ်ထားသည်- ΔH = q_p။ ဓာတ်ခွဲခန်းဓာတုဗေဒအများစုသည် လေထုဖိအားပုံသေနီးပါးတွင် ဖြစ်ပေါ်သောကြောင့် ဓာတုဗေဒပညာရှင်များသည် အတွင်းစွမ်းအင်အစား အင်သာလ်ပီကို ဇယားပြုစုသည်။

အပူနှင့် အင်သာလ်ပီအတွက် သင်္ကေတထုံးစံများ

သင်္ကေတများကို စနစ်၏ အမြင်မှ အမြဲရေးသည်။ စနစ်ထဲသို့ စီးဝင်သော အပူသည် အပေါင်း၊ ထွက်စီးသော အပူသည် အနုတ်ဖြစ်သည်။ အပူထုတ်ဓာတ်ပြုမှုတစ်ခုသည် ပတ်ဝန်းကျင်သို့ အပူထုတ်လွှတ်သောကြောင့် ၎င်း၏ ΔH သည် အနုတ်ဖြစ်ပြီး ပတ်ဝန်းကျင် ပူလာသည်။ အပူစုပ်ဓာတ်ပြုမှုတစ်ခုသည် အပူစုပ်ယူသောကြောင့် ၎င်း၏ ΔH သည် အပေါင်းဖြစ်ပြီး ပတ်ဝန်းကျင် အေးသွားသည်။

ကယ်လိုရီမီတာတွင် သင်တိုင်းတာသည်မှာ ဓာတ်ပြုမှုမဟုတ်ဘဲ ပတ်ဝန်းကျင်ဖြစ်သည်။ ရေပူလာလျှင် ရေက အပူရရှိပြီး ဓာတ်ပြုမှုက ထိုပမာဏအတိအကျ ဆုံးရှုံးသည်။ ၎င်းက ကယ်လိုရီမီထရီ၏ အဓိကဆက်နွှယ်မှု q_reaction = −q_surroundings ကို ပေးသည်။

အပူစွမ်းရည်နှင့် ညီမျှခြင်း q = mcΔT

အရာဝတ္ထုတစ်ခု၏ အပူချိန်ပြောင်းရန် လိုအပ်သော အပူမှာ q = mcΔT ဖြစ်ပြီး m သည် ဒြပ်ထု၊ c သည် တိကျသော အပူစွမ်းရည် (ဂရမ်တစ်ခုကို တစ်ဒီဂရီ အပူပေးရန် လိုအပ်သော အပူ) နှင့် ΔT = T_final − T_initial ဖြစ်သည်။ ဆဲလ်စီးယပ်စ်တစ်ဒီဂရီပြောင်းလဲမှုသည် ကယ်လ်ဗင်တစ်ခုပြောင်းလဲမှုနှင့် ညီမျှသောကြောင့် ΔT သည် စကေးနှစ်ခုလုံးတွင် တန်ဖိုးတူသည်။ အောက်တွင်သုံးသော တိကျသော အပူစွမ်းရည်များသည် 25 °C ခန့်တွင် တိုင်းတာထားသော OpenStax Chemistry 2e ဇယား 5.1 မှ ဖြစ်ပြီး ရည်ပုံစံရေအတွက် c = 4.184 J/(g·°C) ဖြစ်သည်။

နမူနာတွက်ချက်မှု 1။ ဆီလီကွန် 310.0 g ရှိသော တုံးတစ်ခုကို 24.5 °C မှ 160.0 °C သို့ မြှင့်ရန် အပူ မည်မျှလိုသနည်း။ ဆီလီကွန်၏ တိကျသော အပူစွမ်းရည်မှာ 0.712 J/(g·°C) ဖြစ်သည်။ ΔT = 160.0 − 24.5 = 135.5 °C။ q = (310.0 g)(0.712 J/(g·°C))(135.5 °C) = 2.99 × 10⁴ J သို့မဟုတ် 29.9 kJ။ တိကျသော အပူစွမ်းရည်တွင် အရေးပါသော ဂဏန်း သုံးလုံးရှိသောကြောင့် အဖြေတွင်လည်း သုံးလုံးရှိသည်။

နမူနာတွက်ချက်မှု 2။ ခဲတုံး 450.0 g ကို 88.0 °C တွင် ဖိုမ်ခွက်ထဲရှိ 20.5 °C ရေ 60.0 g ထဲသို့ ထည့်သည်။ ခဲ၏ တိကျသော အပူစွမ်းရည်မှာ 0.130 J/(g·°C) ဖြစ်ပြီး ရေ၏တန်ဖိုးမှာ အထက်ပေးထားသည့်အတိုင်းဖြစ်သည်။ ခဲဆုံးရှုံးသော အပူသည် ရေရရှိသော အပူနှင့် ညီမျှသောကြောင့် q_lead + q_water = 0: (58.5 J/°C)(T_f − 88.0) + (251.0 J/°C)(T_f − 20.5) = 0 ဖြစ်ပြီး ကိန်းတစ်ခုစီသည် ဒြပ်ထုကို တိကျသော အပူစွမ်းရည်ဖြင့် မြှောက်ထားခြင်းဖြစ်သည်။ ဖြေရှင်းလျှင် T_f = (58.5 × 88.0 + 251.0 × 20.5)/(58.5 + 251.0) = 33.3 °C။ စစ်ဆေးမှု- ရေသည် 251.0 × 12.8 ≈ 3.2 kJ ခန့် ရရှိပြီး ခဲသည် 58.5 × 54.7 ≈ 3.2 kJ ခန့် ဆုံးရှုံးသည်။ ရေ၏ အပူစွမ်းရည်သည် လေးဆထက်ပို၍ ကြီးသောကြောင့် ရေ၏အပူချိန်သည် ခဲ၏အပူချိန်ထက် များစွာ နည်းနည်းသာ ရွေ့သည်။

ဖိအားပုံသေ၌ ကော်ဖီခွက်ကယ်လိုရီမီထရီ

ကော်ဖီခွက်ကယ်လိုရီမီတာသည် လေထုသို့ ဖွင့်ထားသော အပူကာခွက်တစ်ခုဖြစ်သောကြောင့် လုပ်ငန်းစဉ်သည် ဖိအားပုံသေ၌ ဖြစ်ပေါ်ပြီး တိုင်းတာထားသော အပူက ΔH ကို တိုက်ရိုက်ပေးသည်။ ပျော့ပျောင်းသော ရေဖြေရှင်းချက်ပျော်ရည်များအတွက် ပုံမှန်ယူဆချက်များမှာ ပျော်ရည်တွင် ရေ၏သိပ်သည်းဆနှင့် တိကျသော အပူစွမ်းရည် ရှိခြင်းနှင့် ခွက်က အပူကို မထိရောက်အောင် စုပ်ယူခြင်းတို့ဖြစ်သည်။

နမူနာတွက်ချက်မှု 3။ 21.42 °C ရှိ 0.800 mol/L နိုက်ထရစ်အက်ဆစ် 60.0 mL ကို တူညီသောအပူချိန်ရှိ 0.800 mol/L ပိုတက်စီယမ်ဟိုက်ဒရောက်ဆိုက် 60.0 mL နှင့် ရောစပ်သည်။ ရောစပ်မှုသည် 26.75 °C သို့ ရောက်သည်။ ဖွဲ့စည်းသော ရေတစ်မိုလ်လျှင် ΔH ကို ရှာပါ။ ပျော်ရည်ဒြပ်ထု- 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။ ထို့ကြောင့် q_reaction = −2.68 × 10³ J ဖြစ်သည်။

ဖွဲ့စည်းသော ရေမိုလ်များ- ပျော်ရည်တစ်ခုစီက 0.0600 L × 0.800 mol/L = 0.0480 mol ပံ့ပိုးပြီး ဓာတ်ပြုမှု H⁺(aq) + OH⁻(aq) → H₂O(l) သည် 1:1 ဖြစ်သောကြောင့် ရေ 0.0480 mol ဖွဲ့စည်းသည်။ ΔH = −2.68 kJ / 0.0480 mol = −55.8 kJ/mol။ စစ်ဆေးမှုအနေဖြင့် OpenStax နောက်ဆက်တွဲ G မှ စံဖွဲ့စည်းမှုအင်သာလ်ပီများက တူညီသော အသားတင်ဓာတ်ပြုမှုအတွက် −285.83 − (−230.0) = −55.8 kJ/mol ကို ပေးသည်၊ H⁺(aq) ၏ ΔH°f ကို ထုံးစံအရ သုညဟု ယူသည်။

ဗုံးကယ်လိုရီမီထရီနှင့် ΔU နှင့် ΔH အကြား ကွာဟချက်

လောင်ကျွမ်းမှုကို ရေချိုးထဲရှိ တံဆိပ်ခတ်ထားသော သံမဏိအိုးဖြစ်သည့် ဗုံးကယ်လိုရီမီတာတွင် တိုင်းတာသည်။ ထုထည်ပုံသေဖြစ်သောကြောင့် ချဲ့ထွင်မှုအလုပ်မလုပ်ပါ၊ တိုင်းတာထားသော အပူသည် ΔH မဟုတ်ဘဲ ΔU ဖြစ်သည်။ ကိရိယာတစ်ခုလုံးကို တစ်ယူနစ်အဖြစ် ချိန်ညှိထားပြီး kJ/°C ဖြင့် ကယ်လိုရီမီတာကိန်းသေ C_cal ကိုပေးသောကြောင့် q = C_cal × ΔT ဖြစ်ပြီး သီးခြားဒြပ်ထု သို့မဟုတ် တိကျသော အပူစွမ်းရည် မလိုအပ်ပါ။

နမူနာတွက်ချက်မှု 4။ C_cal = 10.25 kJ/°C ရှိသော ကယ်လိုရီမီတာတွင် ဘင်ဇင်းအရည် C₆H₆ 0.5000 g ကို လောင်ကျွမ်းစေခြင်းက အပူချိန်ကို 2.038 °C မြှင့်သည်။ ဒသမနှစ်နေရာသို့ အနီးစပ်ဆုံးပြုလုပ်ထားသော IUPAC စံအက်တမ်အလေးချိန်များ (C 12.01, H 1.01) ဖြင့် M = 78.12 g/mol ဖြစ်သောကြောင့် n = 0.5000 g / 78.12 g/mol = 0.006400 mol။ q_cal = (10.25 kJ/°C)(2.038 °C) = 20.89 kJ ဖြစ်သောကြောင့် ΔU = −20.89 kJ / 0.006400 mol = −3264 kJ/mol ဖြစ်ပြီး တိုင်းတာထားသောတန်ဖိုးတိုင်းတွင် လေးလုံးရှိသောကြောင့် အရေးပါသော ဂဏန်း လေးလုံးရှိသည်။

အင်သာလ်ပီသို့ ပြောင်းရန် ΔH = ΔU + Δn_gas RT ကို သုံးပါ။ C₆H₆(l) + 15/2 O₂(g) → 6 CO₂(g) + 3 H₂O(l) တွင် ဓာတ်ငွေ့မိုလ်များ 7.5 မှ 6 သို့ ကျသောကြောင့် Δn_gas = −1.5 ဖြစ်ပြီး ပြင်ဆင်ချက်မှာ (−1.5)(8.314 J/(mol·K))(298.15 K) = −3.72 kJ/mol ဖြစ်သည်။ ΔH = −3264 − 3.72 = −3268 kJ/mol ဖြစ်ပြီး နောက်ဆက်တွဲ G ဖွဲ့စည်းမှုအင်သာလ်ပီများမှ ရသော −3267.7 kJ/mol နှင့် ကိုက်ညီသည်။ ဓာတ်ပြုမှုတစ်ခုက ဓာတ်ငွေ့မိုလ်များစွာ ထုတ်လုပ် သို့မဟုတ် သုံးစွဲသောအခါ ပြင်ဆင်ချက်ကြီးလာသည်။

အပူဓာတုညီမျှခြင်းများကို ဖတ်ခြင်းနှင့် အချိုးချခြင်း

အပူဓာတုညီမျှခြင်းတစ်ခုသည် ΔH ကို ရေးထားသည့်အတိုင်း ဓာတ်ပြုမှုနှင့် တွဲပေးသည်။ ကိန်းများ နှစ်ဆမြှောက်လျှင် ΔH နှစ်ဆဖြစ်ပြီး ဓာတ်ပြုမှုကို ပြောင်းပြန်လှန်လျှင် သင်္ကေတ ပြောင်းလဲသည်။ ရုပ်ပိုင်းဆိုင်ရာအခြေအနေများ အရေးပါသည်- ရည်ပုံစံရေ ဖွဲ့စည်းခြင်းက ရေငွေ့ဖွဲ့စည်းခြင်းထက် အပူပိုထုတ်လွှတ်သည်၊ ရည်ကျခြင်းကိုယ်တိုင်သည် အပူထုတ်သောကြောင့်ဖြစ်သည်။

အရာဝတ္ထုပမာဏတစ်ခုအတွက် အပူကိုရှာရန် မိုလ်သို့ ပြောင်းပြီး ဓာတ်ပြုမှုမိုလ်တစ်ခုလျှင် ΔH ကို ပြောင်းလဲကိန်းအဖြစ် သုံးပါ။ ဘင်ဇင်းတစ်မိုလ်လျှင် ΔH = −3267.7 kJ ဖြင့် ဘင်ဇင်း 12.5 g လောင်ကျွမ်းခြင်းက (12.5 g / 78.12 g/mol) × 3267.7 kJ/mol = 523 kJ ထုတ်လွှတ်သည်။ ဓာတ်ပြုမှုအတွက် q = −523 kJ ဟု ရေးပါ၊ သို့မဟုတ် အပူ 523 kJ ထုတ်လွှတ်သည်ဟု ရေးပါ။

သင်္ကေတများကို ပြောင်းပြန်လှန်စေသော သို့မဟုတ် အပူကို ဆုံးရှုံးစေသော ကယ်လိုရီမီထရီအမှားများ

ကယ်လိုရီမီထရီ ကိန်းဂဏန်းတွက်ချက်မှုသည် တိုတောင်းသောကြောင့် အမှားအများစုမှာ အယူအဆဆိုင်ရာ အမှားများဖြစ်သည်။

ယုံကြည်စိတ်ချရသော နောက်ဆုံးစစ်ဆေးမှုမှာ ရုပ်ပိုင်းဆိုင်ရာဖြစ်သည်- ရေပူလာလျှင် ဓာတ်ပြုမှု၏ ΔH သည် အနုတ်ဖြစ်ရမည်။

• အနုတ်သင်္ကေတ ပျောက်ခြင်း- ပတ်ဝန်းကျင်၏ အပူချိန်တက်သောကြောင့် q_reaction သည် အနုတ်ဖြစ်သည်။ ရေကို ပူစေသော ကြားနေဓာတ်ပြုမှုတစ်ခုအတွက် +55.8 kJ/mol ဟု ဖော်ပြခြင်းသည် သင်္ကေတအမှားဖြစ်သည်။
• မှားယွင်းသော ဒြပ်ထု- ပျော်ရည်ကယ်လိုရီမီထရီတွင် ပျော်ပစ္စည်းသက်သက် သို့မဟုတ် ရောစပ်ထားသော ထုထည်နှစ်ခုထဲမှ တစ်ခုမဟုတ်ဘဲ ပျော်ရည်တစ်ခုလုံး၏ ဒြပ်ထုကို သုံးပါ။
• ဂရမ်တစ်ခုလျှင်နှင့် မိုလ်တစ်ခုလျှင်- kJ/mol ရရန် သတ်မှတ်ထားသော အမျိုးအစား၏ မိုလ်ဖြင့် စားပြီး မည်သည့်အမျိုးအစားဖြစ်သည်ကို ဖော်ပြပါ။
• ဂျူးနှင့် ကီလိုဂျူးကို ရောခြင်း- mcΔT မှ q သည် ဂျူးဖြင့်ဖြစ်သည်၊ kJ/mol အဖြေသို့ စားမီ ပြောင်းပါ။
• ဗုံးဒေတာကို ΔH ဟု သဘောထားခြင်း- တံဆိပ်ခတ်ထားသော ဗုံးက ΔU ကို ပေးသည်၊ ΔH လိုအပ်လျှင် Δn_gas RT ပြင်ဆင်ချက်ကို သုံးပါ။