Òfin Hess: Rírí ΔH Nípa Fífi Àwọn Ìhùwàpọ̀ Kún Ara Wọn

Ìdí tí iṣẹ́-ipò fi jẹ́ kí òfin Hess ṣiṣẹ́

Èntálpì jẹ́ iṣẹ́-ipò: iye rẹ̀ sinmi lórí ipò ètò lọ́wọ́lọ́wọ́ nìkan, kì í ṣe lórí bí ètò náà ṣe dé ibẹ̀. Àyípadà ΔH láàrin ipò ìbẹ̀rẹ̀ àti ipò ìparí nítorí náà jẹ́ kan náà fún gbogbo ọ̀nà láàrin wọn. Gíga ilẹ̀ ṣiṣẹ́ bákan náà. Bóyá o gun òkè nípa ọ̀nà gígùn tàbí ọ̀nà àtẹ̀gùn dídùn, àyípadà gíga rẹ jẹ́ kan náà.

Òfin Hess tẹ̀lé tààrà. Tí a bá lè kọ ìhùwàpọ̀ kan bí àpapọ̀ ìgbésẹ̀ méjì tàbí jù bẹ́ẹ̀ lọ, ΔH rẹ̀ ni àpapọ̀ àwọn iye ΔH àwọn ìgbésẹ̀. Àwọn ìgbésẹ̀ kò gbọ́dọ̀ ṣẹlẹ̀ ní ti gidi; wọ́n kàn nílò láti jẹ́ àwọn ìdọ́gba kẹ́místrì tó tọ́ tí a mọ èntálpì wọn. Òmìnira yẹn ni ó jẹ́ kí òfin náà wúlò fún àwọn ìhùwàpọ̀ tí o kò lè ṣe dáadáa nínú kálórímítà.

Àwọn òfin mẹ́ta fún ṣíṣe àtúnṣe àwọn ìdọ́gba kẹ́místrì-ooru

Òfin kọ̀ọ̀kan tẹ̀lé òtítọ́ pé ΔH jẹ́ iṣẹ́-ipò gbígbòòrò. Yíyí ìlànà padà ń dá ètò padà sí ipò ìbẹ̀rẹ̀ rẹ̀, nítorí náà àyípadà èntálpì gbọ́dọ̀ dọ́gba ṣùgbọ́n ní òdìkejì. Ṣíṣe ìlọ́po méjì iye ìhùwàpọ̀ ń ṣe ìlọ́po méjì agbára tó kan.

Kí o tó pa ohunkóhun pọ̀, kọ ìdọ́gba ìfojúsùn sí òkè iṣẹ́ rẹ. Lẹ́yìn náà rí, nínú àwọn ìdọ́gba tí a fún, nǹkan kọ̀ọ̀kan tó hàn lẹ́ẹ̀kan péré. Ipò àti alábàádọ́gba rẹ̀ sọ fún ọ bóyá a gbọ́dọ̀ yí ìdọ́gba yẹn po àti nípasẹ̀ kókó wo ni a gbọ́dọ̀ sọ ọ́ di púpọ̀.

• Yí ìdọ́gba kan po, o sì yí àmì ΔH rẹ̀ padà.
• Sọ ìdọ́gba kan di púpọ̀ pẹ̀lú kókó kan, o sì sọ ΔH rẹ̀ di púpọ̀ pẹ̀lú kókó kan náà. Àwọn ìdá bíi ½ ṣeé gbà.
• Fi àwọn ìdọ́gba kún ara wọn, o sì fi àwọn iye ΔH wọn kún ara wọn. Àwọn irú tó hàn ní ẹ̀gbẹ́ méjèèjì àpapọ̀ ń fagilé ara wọn, ṣùgbọ́n tí àwọn ipò ara wọn bá bára mu nìkan.

Àpẹẹrẹ ìṣiṣẹ́: yíyí ìdọ́gba méjì po àti fífi wọ́n kún ara wọn

Rí ΔH° fún yíyí gíráfáìtì padà sí dáyámọ́ǹdì, C(graphite) → C(diamond). Yíyí tààrà nílò ìfúnpá gíga gan-an a kò sì lè ṣe é nínú kálórímítà, ṣùgbọ́n ìrísí kábọ́nù méjèèjì ń jó. Lo (1) C(graphite) + O₂(g) → CO₂(g), ΔH° = −393.51 kJ, àti (2) C(diamond) + O₂(g) → CO₂(g), ΔH° = −395.40 kJ. Iye àkọ́kọ́ wá láti Àfikún G OpenStax Chemistry 2e; a ṣírò èkejì láti tábìlì kan náà.

Gíráfáìtì jẹ́ ohun ìhùwàpọ̀ nínú (1) àti nínú ìfojúsùn, nítorí náà pa (1) mọ́. Dáyámọ́ǹdì jẹ́ ohun ìhùwàpọ̀ nínú (2) ṣùgbọ́n èso nínú ìfojúsùn, nítorí náà yí (2) po: CO₂(g) → C(diamond) + O₂(g), ΔH° = +395.40 kJ. Fífi méjèèjì kún ara wọn, O₂ àti CO₂ hàn lẹ́ẹ̀kan ní ẹ̀gbẹ́ kọ̀ọ̀kan wọ́n sì fagilé ara wọn, tí wọ́n fi ìfojúsùn gan-an sílẹ̀. ΔH° = −393.51 kJ + 395.40 kJ = +1.89 kJ.

Túmọ̀ èsì náà. Àmì rere túmọ̀ sí pé dáyámọ́ǹdì wà ga díẹ̀ ní èntálpì ju gíráfáìtì, èyí tó bá gíráfáìtì, kì í ṣe dáyámọ́ǹdì, jíjẹ́ irú ìtọ́kasí kábọ́nù mu. Kékeré nọ́ńbà náà ń rán wa létí pé yíyọ iye ńlá méjì tó fẹ́rẹ̀ẹ́ dọ́gba kúrò ara wọn ń mú àìdánilójú wọn pọ̀ sí i.

Àpẹẹrẹ ìṣiṣẹ́: ìdọ́gba mẹ́ta àti àyẹ̀wò àfikún

Rí ΔH° fún hídírójíníṣọ̀n C₂H₄(g) + H₂(g) → C₂H₆(g) láti dátà ìjóná. Lo (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; àti (3) C₂H₆(g) + 7/2 O₂(g) → 2 CO₂(g) + 3 H₂O(l), ΔH° = −1560.5 kJ. A ṣírò àwọn iye ìjóná wọ̀nyí láti dátà ìdásílẹ̀ Àfikún G kí o lè tún wọn ṣe.

C₂H₄ àti H₂ jẹ́ àwọn ohun ìhùwàpọ̀ nínú ìfojúsùn àti nínú àwọn ìdọ́gba (1) àti (2), nítorí náà pa wọ́n mọ́ bí a ṣe kọ wọ́n. C₂H₆ jẹ́ èso nínú ìfojúsùn ṣùgbọ́n ohun ìhùwàpọ̀ nínú (3), nítorí náà yí (3) po kí o sì yí àmì rẹ̀ padà sí +1560.5 kJ. Báyìí ka: ọ́ksíjìn jẹ́ 3 + ½ = 7/2 O₂ ní òsì àti 7/2 O₂ ní ọ̀tún; kábọ́nù díọ́ksáìdì jẹ́ 2 ní ẹ̀gbẹ́ kọ̀ọ̀kan; omi jẹ́ 2 + 1 = 3 ní ọ̀tún àti 3 ní òsì. Ohun gbogbo ń fagilé ara wọn àyàfi ìfojúsùn. ΔH° = −1411.1 − 285.83 + 1560.5 = −136.4 kJ, tí a ròyìn sí ibi ìdá mẹ́wàá kan nítorí àwọn iye tí kò péye jù ní ọ̀kan.

Àyẹ̀wò àfikún pẹ̀lú èntálpì ìdásílẹ̀: ΔH°f ti C₂H₆(g) jẹ́ −84.0 kJ/mol àti ti C₂H₄(g) jẹ́ +52.4 kJ/mol, H₂(g) sì jẹ́ òdo, nítorí náà ΔH° = −84.0 − 52.4 = −136.4 kJ. Ọ̀nà méjì tó yàtọ̀ fún ni èsì kan náà, èyí gan-an ni iṣẹ́-ipò ṣe ìdánilójú.

Èntálpì ìdásílẹ̀ ìwọ̀n àti àwọn ipò ìtọ́kasí

Èntálpì ìdásílẹ̀ ìwọ̀n, ΔH°f, ni àyípadà èntálpì nígbà tí mọ́ọ̀lù agbo kan ń ṣẹ̀dá láti inú àwọn èròjà rẹ̀, ọ̀kọ̀ọ̀kan ní ìrísí ìtọ́kasí rẹ̀, lábẹ́ àwọn ipò ìwọ̀n. Ìrísí ìtọ́kasí ni ìrísí tó dúró jù pẹ̀lú àwọn àyọkúrò díẹ̀: fọ́sfọ́rọ́ọ̀sì ń lo P₄(s) funfun, èyí tí Àfikún G ṣe àtòkọ rẹ̀ ní òdo. IUPAC ń fi ìfúnpá ìwọ̀n sí 1 bar; ọ̀pọ̀ tábìlì ṣì ń lo 1 atm, ìyàtọ̀ náà kò sì tó nǹkan fún ọ̀pọ̀ iṣẹ́ èntálpì. A sábà fún àwọn iye tí a ṣe àtòkọ rẹ̀ ní 298.15 K.

Ìdọ́gba ìdásílẹ̀ máa ń ṣe mọ́ọ̀lù èso kan gan-an nígbà gbogbo, nítorí náà àwọn alábàádọ́gba oní-ìdá jẹ́ déédé: ½ N₂(g) + 3/2 H₂(g) → NH₃(g), ΔH°f = −45.9 kJ/mol. Fún èròjà tó ti wà ní ìrísí ìtọ́kasí rẹ̀, bíi O₂(g), H₂(g), gíráfáìtì, tàbí brómínì olómi, ΔH°f jẹ́ òdo nípa ìtumọ̀. Àwọn ìrísí èròjà mìíràn kì í ṣe òdo: Àfikún G ṣe àtòkọ dáyámọ́ǹdì ní +1.89 kJ/mol ní ìbátan sí gíráfáìtì.

Ṣíṣírò ΔH°rxn láti dátà ìdásílẹ̀

A lè ronú ìhùwàpọ̀ èyíkéyìí bí ìgbésẹ̀ méjì: fọ́ àwọn ohun ìhùwàpọ̀ sí àwọn èròjà wọn, lẹ́yìn náà kọ́ àwọn èso láti inú àwọn èròjà wọ̀nyẹn. Ìgbésẹ̀ àkọ́kọ́ jẹ́ òdìkejì àwọn ìhùwàpọ̀ ìdásílẹ̀ àwọn ohun ìhùwàpọ̀ èkejì sì jẹ́ àwọn ìhùwàpọ̀ ìdásílẹ̀ àwọn èso. Èyí fún wa ní ìgbékalẹ̀ iṣẹ́ ΔH°rxn = Σ n ΔH°f(products) − Σ m ΔH°f(reactants), níbi tí n àti m jẹ́ àwọn alábàádọ́gba nínú ìdọ́gba tí a ṣe ìdọ́gba rẹ̀.

Àpẹẹrẹ ìṣiṣẹ́. Rí ΔH° fún 2 N₂H₄(l) + N₂O₄(g) → 3 N₂(g) + 4 H₂O(g), ìhùwàpọ̀ hídrásìnì irú èyí tí a ń lò nínú àwọn ẹ̀rọ rọ́kẹ́ẹ̀tì kan. Láti Àfikún G: N₂H₄(l) +50.63 kJ/mol, N₂O₄(g) +11.1 kJ/mol, H₂O(g) −241.82 kJ/mol, àti N₂(g) 0. Àwọn èso: 3(0) + 4(−241.82) = −967.28 kJ. Àwọn ohun ìhùwàpọ̀: 2(50.63) + 11.1 = 112.36 kJ. ΔH° = −967.28 − 112.36 = −1079.6 kJ, tí a ròyìn sí ibi ìdá mẹ́wàá kan nítorí 11.1 ní ọ̀kan. Ìyẹn jẹ́ −539.8 kJ fún mọ́ọ̀lù hídrásìnì.

Ipò omi ṣe pàtàkì. Tí ìdọ́gba náà bá ṣe omi olómi, pẹ̀lú −285.83 kJ/mol, èsì náà yóò jẹ́ −1255.7 kJ. Ìyàtọ̀ náà jẹ́ ìlọ́po mẹ́rin èntálpì tí a tú jáde nígbà tí mọ́ọ̀lù èéfín omi kan bá di omi.

Àwọn àṣìṣe tó ń ba ìṣirò òfin Hess jẹ́

Ọ̀pọ̀ àṣìṣe nínú àwọn ìṣòro wọ̀nyí jẹ́ àṣìṣe ìkọsílẹ̀, ìkà tí a kọ sílẹ̀ ti irú kọ̀ọ̀kan sì ń mú fere gbogbo wọn. Nígbà tí ìfagilé kò bá ṣe ìfojúsùn jáde pátápátá, a ti yí ìdọ́gba kan po tàbí a ti sọ ọ́ di púpọ̀ lọ́nà tí kò tọ́.

Àyẹ̀wò kejì ni láti ṣírò àmì náà. Ìjóná àti ìdásílẹ̀ ọ̀pọ̀ agbo tó dúró ń tú ooru jáde, nítorí náà èsì rere fún jíjó epo ń fi ìgbésẹ̀ tí a yí po hàn.

• Yíyí ìdọ́gba po láìyí àmì ΔH rẹ̀ padà.
• Sísọ ìdọ́gba di púpọ̀ pẹ̀lú 2 tàbí ½ ṣùgbọ́n fífi ΔH rẹ̀ sílẹ̀ láìyípadà.
• Yíyọ kúrò ní ìtò tí kò tọ́: ìgbékalẹ̀ náà ni àwọn èso yọ àwọn ohun ìhùwàpọ̀.
• Gbígbàgbé àwọn alábàádọ́gba nígbà tí a bá ń fi èntálpì ìdásílẹ̀ kún ara wọn.
• Lílo ΔH°f fún ipò tí kò tọ́, bíi H₂O(g) nígbà tí ìdọ́gba ní H₂O(l).
• Fífún èròjà tó wà ní ìrísí ìtọ́kasí ní ΔH°f tí kì í ṣe òdo, tàbí fífún agbo ní òdo.