Sharciga Hess: helidda ΔH adigoo isku darayo falgallo

Sababta shaqada xaaladdu u shaqaysiiso sharciga Hess

Enthalpy waa shaqo xaalad: qiimaheeda wuxuu ku xiran yahay xaaladda hadda ee nidaamka oo keliya, ma aha sida nidaamku halkaas ugu yimid. Isbeddelka ΔH ee u dhexeeya xaalad bilow iyo xaalad dhammaad sidaa darteed waa isku mid waddo kasta oo ku dhex taal. Sarreynta ayaa si la mid ah u shaqeysa. Haddii aad buur ku fuusho wadada dhaadheer ee qalloocan ama tan dhaadheer, isbeddelka dhererkaaga waa isku mid.

Sharciga Hess si toos ah ayuu u raacaa. Haddii falgal loo qori karo wadarta laba tallaabo ama ka badan, ΔH-keeda waa wadarta qiimayaasha ΔH ee tallaabooyinka. Tallaabooyinku uma baahna inay dhab ahaan dhacaan; waxay u baahan yihiin oo keliya inay noqdaan isleegyo kiimikaad oo sax ah oo enthalpy-yadooda la yaqaan. Xorriyaddaasi waa waxa sharciga ka dhigaya mid faa'iido leh falgallada aadan si nadiif ah ugu qaban karin kalorimiter.

Saddex xeer oo lagu maamulo isleegyada kulaylka kiimikaad

Xeer kastaa wuxuu ka yimaadaa xaqiiqda ah in ΔH ay tahay shaqo xaalad oo xad leh. Rogidda habraac waxay nidaamka ku celisaa xaalada bilowga, sidaa darteed isbeddelka enthalpy waa inuu le'eg yahay oo ka soo horjeedaa. Laba-laabidda qadarka falgalku waxay laba-laabtaa tamarta ku lug leh.

Kahor intaadan wax isku darin, qor isleegga bartilmaameedka shaqadaada sare. Kadibna isleegyada la bixiyey ku hel walax kasta oo mar keliya ka muuqata. Booskeeda iyo isku-dhufteheeda ayaa kuu sheegaya haddii isleeggaas la rogayo iyo arrin kee lagu dhufanayo.

• Rog isleeg oo waxaad beddeshaa calaamadda ΔH-keeda.
• Ku dhufo isleeg arrin oo waxaad ku dhufataa ΔH-keeda isla arrintaas. Jajabyo sida ½ waa la oggol yahay.
• Isku dar isleegyo oo waxaad isku daraysaa qiimayaasha ΔH-keeda. Noocyada labada dhinac ee wadarta ka muuqda way is-baabi'iyaan, laakiin haddii xaaladdooda jidheed ay isku mid tahay oo keliya.

Tusaale la xaliyey: rogidda iyo isku darka laba isleeg

Hel ΔH° beddelka graphite ilaa diamond, C(graphite) → C(diamond). Beddelka tooska ahi wuxuu u baahan yahay cadaadis aad u badan lamana qaban karo kalorimiter, laakiin labada qaab ee kaarboonku way gubtaan. Isticmaal (1) C(graphite) + O₂(g) → CO₂(g), ΔH° = −393.51 kJ, iyo (2) C(diamond) + O₂(g) → CO₂(g), ΔH° = −395.40 kJ. Qiimaha koowaad wuxuu ka yimid OpenStax Chemistry 2e Lifaaqa G; kan labaadna waxaa laga xisaabiyey isla shaxdaas.

Graphite waa falgale (1) iyo bartilmaameedka, sidaa darteed ilaali (1). Diamond waa falgale (2) laakiin waa wax-soo-saar bartilmaameedka, sidaa darteed rog (2): CO₂(g) → C(diamond) + O₂(g), ΔH° = +395.40 kJ. Isku darka labadaba, O₂ iyo CO₂ waxay ka muuqdaan hal mar dhinac kasta oo is-baabi'iyaan, iyagoo ka tagaya si sax ah bartilmaameedka. ΔH° = −393.51 kJ + 395.40 kJ = +1.89 kJ.

Fasir jawaabta. Calaamadda togan macnaheedu waa diamond-ku wuxuu wax yar ka sarreeyaa enthalpy marka loo eego graphite, taasoo waafaqsan graphite, ma aha diamond, oo ah qaabka tixraaca ee kaarboonka. Cabbirka yar ee lambarku wuxuu xasuusinayaa in ka jarista laba qiime oo waaweyn oo ku dhow isku mid ay weyneyso hubanti la'aantooda.

Tusaale la xaliyey: saddex isleeg iyo hubin isdhaafsi ah

Hel ΔH° haydrojeynta C₂H₄(g) + H₂(g) → C₂H₆(g) xogta gubashada. Isticmaal (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; iyo (3) C₂H₆(g) + 7/2 O₂(g) → 2 CO₂(g) + 3 H₂O(l), ΔH° = −1560.5 kJ. Qiimayaashan gubashada waxaa laga xisaabiyey xogta samaysanka ee Lifaaqa G si aad u soo saari karto.

C₂H₄ iyo H₂ waa falgalayaal labada bartilmaameedka iyo isleegyada (1) iyo (2), sidaa darteed ilaali sida loo qoray. C₂H₆ waa wax-soo-saar bartilmaameedka laakiin waa falgale (3), sidaa darteed rog (3) oo beddel calaamadeeda ilaa +1560.5 kJ. Hadda tiri: oksijiin waa 3 + ½ = 7/2 O₂ dhanka bidix iyo 7/2 O₂ dhanka midig; kaarboon laba oksaydh waa 2 dhinac kasta; biyo waa 2 + 1 = 3 dhanka midig iyo 3 dhanka bidix. Wax kasta way is-baabi'iyaan marka laga reebo bartilmaameedka. ΔH° = −1411.1 − 285.83 + 1560.5 = −136.4 kJ, oo loo sheego hal meel tobanle sababtoo ah qiimayaasha ugu yar ee saxda ahi waxay leeyihiin hal.

Hubin isdhaafsi ah oo enthalpy-yada samaysanka ah: ΔH°f ee C₂H₆(g) waa −84.0 kJ/mol ee C₂H₄(g)-na waa +52.4 kJ/mol, H₂(g)-na waa eber, sidaa darteed ΔH° = −84.0 − 52.4 = −136.4 kJ. Laba waddo oo kala duwan ayaa bixiya isla jawaab, taasina waa si sax ah waxa shaqo xaalad ballan-qaado.

Enthalpy-yada samaysanka caadiga ah iyo xaaladaha tixraaca

Enthalpy-ga samaysanka caadiga ah, ΔH°f, waa isbeddelka enthalpy marka hal mool oo isku-dhis ah uu ka samaysmo curiyayaashiisa, mid kastaa qaabkiisa tixraaca, xaalado caadi ah. Qaabka tixraacu waa qaabka ugu xasilloon marka laga reebo dhif: phosphorus wuxuu isticmaalaa P₄(s) cad, kaas oo Lifaaqa G ku taxay eber. IUPAC waxay cadaadiska caadiga ah dhigtay 1 bar; shaxdo badan weli waxay isticmaalaan 1 atm, farqiguna waa mid aan muhiim ahayn shaqada enthalpy intiisa badan. Qiimayaasha shaxda ku jira badanaa waxaa la siiyaa 298.15 K.

Isleegga samaysanku had iyo jeer wuxuu sameeyaa hal mool oo wax-soo-saar ah oo sax ah, sidaa darteed isku-dhuftayaal jajab ah waa caadi: ½ N₂(g) + 3/2 H₂(g) → NH₃(g), ΔH°f = −45.9 kJ/mol. Curiye horeyba qaabkiisa tixraaca ku jira, sida O₂(g), H₂(g), graphite ama bromine dareere ah, ΔH°f waa eber qeexid ahaan. Qaababka kale ee curiyaha eber ma aha: Lifaaqa G wuxuu taxayaa diamond +1.89 kJ/mol marka loo eego graphite.

Xisaabinta ΔH°rxn xogta samaysanka

Falgal kasta waxaa lagu tixgelin karaa laba tallaabo: ku burburi falgalayaasha curiyayaashooda, kadibna ka dhis wax-soo-saarka curiyayaashaas. Tallaabada koowaad waa rogidda falgallada samaysanka ee falgalayaasha, tan labaadna waa falgallada samaysanka ee wax-soo-saarka. Taasi waxay bixisaa qaacidada shaqada ΔH°rxn = Σ n ΔH°f(wax-soo-saarka) − Σ m ΔH°f(falgalayaasha), halkaas oo n iyo m ay yihiin isku-dhuftayaasha isleegga isu-dheellitiran.

Tusaale la xaliyey. Hel ΔH° 2 N₂H₄(l) + N₂O₄(g) → 3 N₂(g) + 4 H₂O(g), falgal hydrazine ah oo nooca loo isticmaalo matoorrada rocket qaarkood. Laga bilaabo Lifaaqa G: N₂H₄(l) +50.63 kJ/mol, N₂O₄(g) +11.1 kJ/mol, H₂O(g) −241.82 kJ/mol, iyo N₂(g) 0. Wax-soo-saarka: 3(0) + 4(−241.82) = −967.28 kJ. Falgalayaasha: 2(50.63) + 11.1 = 112.36 kJ. ΔH° = −967.28 − 112.36 = −1079.6 kJ, oo loo sheego hal meel tobanle sababtoo ah 11.1 wuxuu leeyahay hal. Taasi waa −539.8 kJ mool hydrazine kasta.

Xaaladda biyuhu way muhiim tahay. Haddii isleeggu soo saaray biyo dareere ah, iyadoo la isticmaalayo −285.83 kJ/mol, jawaabtu waxay noqon lahayd −1255.7 kJ. Farqigu waa afar jibaar enthalpy-ga la sii daayo marka mool uumi biyo ah uu isku dhuuqmo.

Khaladaadka jebiya xisaabinta sharciga Hess

Khaladaadka dhibaatooyinkan intooda badan waa khaladaad xisaabin, tirinta qoran ee nooc kasta waxay qabataa ku dhawaad dhammaan. Marka is-baabi'inta aysan si sax ah u soo saarin bartilmaameedka, isleeg ayaa si khaldan loo rogay ama loo cabbiray.

Hubin labaad waa qiyaasidda calaamadda. Gubashada iyo samaynta isku-dhisyada xasilloon intooda badan waa kulayl-bixiye, sidaa darteed jawaab togan oo ku saabsan gubidda shidaal ayaa muujinaysa tallaabo rogan.

• Rogidda isleeg iyada oo aan la beddelin calaamadda ΔH-keeda.
• Ku dhufashada isleeg 2 ama ½ laakiin ΔH-keeda la gaadhsiiyo isbeddel la'aan.
• Ka jarista nidaam khaldan: qaacidadu waa wax-soo-saarka laga jaray falgalayaasha.
• Ilaawidda isku-dhuftayaasha marka la isku darayo enthalpy-yada samaysanka.
• Isticmaalka ΔH°f ee xaalad khaldan, sida H₂O(g) marka isleeggu leeyahay H₂O(l).
• Siinta curiye qaabkiisa tixraaca ku jira ΔH°f aan eber ahayn, ama siinta isku-dhis eber.