Sheria ya Hess: Kupata ΔH kwa Kujumlisha Athari

Kwa nini kitendakazi cha hali kinafanya sheria ya Hess ifanye kazi

Enthalpi ni kitendakazi cha hali: thamani yake inategemea tu hali ya sasa ya mfumo, si jinsi mfumo ulivyofika huko. Badiliko ΔH kati ya hali ya mwanzo na ya mwisho kwa hivyo ni sawa kwa kila njia kati yake. Mwinuko hufanya kazi vivyo hivyo. Iwe unapanda mlima kwa njia ya mwinuko au kwa mizunguko mirefu, badiliko lako la urefu ni lile lile.

Sheria ya Hess inafuata moja kwa moja. Kama athari inaweza kuandikwa kama jumla ya hatua mbili au zaidi, ΔH yake ni jumla ya thamani za ΔH za hatua hizo. Hatua hazihitaji kutokea kweli; zinahitaji tu kuwa milinganyo halali ya kikemia ambayo enthalpi zake zinajulikana. Uhuru huo ndio unaofanya sheria iwe na manufaa kwa athari ambazo huwezi kuziendesha vizuri kwenye kalorimita.

Kanuni tatu za kushughulikia milinganyo ya kemia ya joto

Kila kanuni inatokana na ukweli kwamba ΔH ni kitendakazi cha hali kinachotegemea kiasi. Kugeuza mchakato kunarudisha mfumo kwenye hali yake ya mwanzo, kwa hivyo badiliko la enthalpi lazima liwe sawa na kinyume chake. Kuongeza kiasi cha athari mara mbili kunaongeza nishati inayohusika mara mbili.

Kabla ya kuchanganya chochote, andika mlinganyo lengwa juu ya kazi yako. Kisha tafuta, katika milinganyo iliyotolewa, kila dutu inayoonekana mara moja tu. Nafasi yake na kigawo vinakuambia kama mlinganyo huo lazima ugeuzwe na kwa kigezo gani lazima uzidishwe.

• Geuza mlinganyo na ubadilishe ishara ya ΔH yake.
• Zidisha mlinganyo kwa kigezo na uzidishe ΔH yake kwa kigezo kile kile. Sehemu kama ½ zinaruhusiwa.
• Jumlisha milinganyo na ujumlishe thamani zake za ΔH. Spishi zinazoonekana pande zote mbili za jumla hufutana, lakini tu kama hali zao za kimwili zinalingana.

Mfano uliotatuliwa: kugeuza na kujumlisha milinganyo miwili

Pata ΔH° kwa kubadilisha grafiti kuwa almasi, C(graphite) → C(diamond). Ubadilishaji wa moja kwa moja unahitaji shinikizo kali na hauwezi kuendeshwa kwenye kalorimita, lakini aina zote mbili za kaboni huungua. Tumia (1) C(graphite) + O₂(g) → CO₂(g), ΔH° = −393.51 kJ, na (2) C(diamond) + O₂(g) → CO₂(g), ΔH° = −395.40 kJ. Thamani ya kwanza inatoka OpenStax Chemistry 2e Kiambatisho G; ya pili ilikokotolewa kutoka jedwali lile lile.

Grafiti ni kiitikio katika (1) na katika lengo, kwa hivyo weka (1). Almasi ni kiitikio katika (2) lakini bidhaa katika lengo, kwa hivyo geuza (2): CO₂(g) → C(diamond) + O₂(g), ΔH° = +395.40 kJ. Ukijumlisha hizo mbili, O₂ na CO₂ zinaonekana mara moja kila upande na zinafutana, zikiacha lengo hasa. ΔH° = −393.51 kJ + 395.40 kJ = +1.89 kJ.

Fasiri jibu. Ishara chanya inamaanisha almasi iko juu kidogo kwa enthalpi kuliko grafiti, jambo linalolingana na grafiti, si almasi, kuwa umbo la marejeo la kaboni. Udogo wa namba ni ukumbusho kwamba kutoa thamani mbili kubwa zinazokaribiana sana kunakuza kutokuwa na uhakika wake.

Mfano uliotatuliwa: milinganyo mitatu na ukaguzi wa ziada

Pata ΔH° kwa uhidrojenishaji C₂H₄(g) + H₂(g) → C₂H₆(g) kutoka kwa data za mwako. Tumia (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; na (3) C₂H₆(g) + 7/2 O₂(g) → 2 CO₂(g) + 3 H₂O(l), ΔH° = −1560.5 kJ. Thamani hizi za mwako zilikokotolewa kutoka kwa data za uundaji za Kiambatisho G ili uweze kuzizalisha upya.

C₂H₄ na H₂ ni viitikio katika lengo na katika milinganyo (1) na (2), kwa hivyo ziweke kama zilivyoandikwa. C₂H₆ ni bidhaa katika lengo lakini kiitikio katika (3), kwa hivyo geuza (3) na ubadilishe ishara yake kuwa +1560.5 kJ. Sasa hesabu: oksijeni ni 3 + ½ = 7/2 O₂ upande wa kushoto na 7/2 O₂ upande wa kulia; dioksidi ya kaboni ni 2 kila upande; maji ni 2 + 1 = 3 upande wa kulia na 3 upande wa kushoto. Kila kitu kinafutika isipokuwa lengo. ΔH° = −1411.1 − 285.83 + 1560.5 = −136.4 kJ, huripotiwa hadi nafasi moja ya desimali kwa sababu thamani zisizo sahihi zaidi zina moja.

Ukaguzi wa ziada kwa enthalpi za uundaji: ΔH°f ya C₂H₆(g) ni −84.0 kJ/mol na ya C₂H₄(g) ni +52.4 kJ/mol, na H₂(g) ni sifuri, kwa hivyo ΔH° = −84.0 − 52.4 = −136.4 kJ. Njia mbili tofauti zinatoa jibu lile lile, ambalo ndilo hasa kitendakazi cha hali kinachohakikisha.

Enthalpi sanifu za uundaji na hali za marejeo

Enthalpi sanifu ya uundaji, ΔH°f, ni badiliko la enthalpi mole moja ya mchanganyiko inapoundwa kutoka kwa elementi zake, kila moja katika umbo lake la marejeo, katika hali sanifu. Umbo la marejeo ni umbo thabiti zaidi kwa vighairi vichache: fosforasi hutumia P₄(s) nyeupe, ambayo Kiambatisho G kinaorodhesha kwa sifuri. IUPAC inaweka shinikizo sanifu kuwa baa 1; majedwali mengi bado yanatumia atm 1, na tofauti haizingatiwi kwa kazi nyingi za enthalpi. Thamani zilizoorodheshwa kwa kawaida hutolewa katika 298.15 K.

Mlinganyo wa uundaji daima unatengeneza mole moja hasa ya bidhaa, kwa hivyo vigawo vya sehemu ni vya kawaida: ½ N₂(g) + 3/2 H₂(g) → NH₃(g), ΔH°f = −45.9 kJ/mol. Kwa elementi ambayo tayari iko katika umbo lake la marejeo, kama O₂(g), H₂(g), grafiti, au bromini ya kimiminika, ΔH°f ni sifuri kwa fasili. Maumbo mengine ya elementi si sifuri: Kiambatisho G kinaorodhesha almasi kwa +1.89 kJ/mol kulingana na grafiti.

Kukokotoa ΔH°rxn kutoka kwa data za uundaji

Athari yoyote inaweza kufikiriwa kama hatua mbili: vunja viitikio hadi elementi zake, kisha jenga bidhaa kutoka kwa elementi hizo. Hatua ya kwanza ni kinyume cha athari za uundaji za viitikio na ya pili ni athari za uundaji za bidhaa. Hilo linatoa fomula ya kufanyia kazi ΔH°rxn = Σ n ΔH°f(bidhaa) − Σ m ΔH°f(viitikio), ambapo n na m ni vigawo katika mlinganyo uliosawazishwa.

Mfano uliotatuliwa. Pata ΔH° kwa 2 N₂H₄(l) + N₂O₄(g) → 3 N₂(g) + 4 H₂O(g), athari ya hidrazini ya aina inayotumika katika injini fulani za roketi. Kutoka Kiambatisho G: N₂H₄(l) +50.63 kJ/mol, N₂O₄(g) +11.1 kJ/mol, H₂O(g) −241.82 kJ/mol, na N₂(g) 0. Bidhaa: 3(0) + 4(−241.82) = −967.28 kJ. Viitikio: 2(50.63) + 11.1 = 112.36 kJ. ΔH° = −967.28 − 112.36 = −1079.6 kJ, huripotiwa hadi nafasi moja ya desimali kwa sababu 11.1 ina moja. Hiyo ni −539.8 kJ kwa kila mole ya hidrazini.

Hali ya maji ni muhimu. Kama mlinganyo ungetoa maji ya kimiminika, ukitumia −285.83 kJ/mol, jibu lingekuwa −1255.7 kJ. Tofauti ni mara nne ya enthalpi inayotolewa mole moja ya mvuke wa maji inapoganda.

Makosa yanayovunja hesabu ya sheria ya Hess

Makosa mengi katika matatizo haya ni makosa ya uwekaji hesabu, na hesabu iliyoandikwa ya kila spishi hugundua karibu yote. Ufutaji usipozalisha lengo hasa, mlinganyo umegeuzwa au kukuzwa vibaya.

Ukaguzi wa pili ni kukadiria ishara. Mwako na uundaji wa misombo mingi thabiti hutoa joto, kwa hivyo jibu chanya kwa kuchoma mafuta linaashiria hatua iliyogeuzwa.

• Kugeuza mlinganyo bila kubadilisha ishara ya ΔH yake.
• Kuzidisha mlinganyo kwa 2 au ½ lakini kuacha ΔH yake bila kubadilika.
• Kutoa kwa mpangilio usio sahihi: fomula ni bidhaa ukitoa viitikio.
• Kusahau vigawo wakati wa kujumlisha enthalpi za uundaji.
• Kutumia ΔH°f ya hali isiyo sahihi, kama H₂O(g) wakati mlinganyo una H₂O(l).
• Kuipa elementi iliyo katika umbo lake la marejeo ΔH°f isiyo sifuri, au kuupa mchanganyiko sifuri.