ТОПЛИНА РАСТВОРА: КАКО СЕ ИЗРАЧУНАВА, АПЛИКАЦИЈЕ И ВЕЖБЕ - ФИЗИЧКИ - 2025

Топлоту растварања или енталпији раствора је топлота која је апсорбована или објављена током процеса растварања одређене количине растворене супстанце у растварачу, под условом константног притиска.

Када се одвија хемијска реакција, потребна је енергија и за формирање и за прекид веза које омогућавају стварање нових супстанци. Енергија која тече да би се ови процеси одвијали је топлота, а термохемија је грана науке која је одговорна за њихово проучавање.

Извор: Пикнио.

Што се тиче терм енталпије, користи се за означавање топлотног тока када се хемијски процеси одвијају под условима константног притиска. Стварање овог термина приписује се холандском физичару Хеике Камерлингх Оннес (1853 - 1926), истом оном који је открио суправодљивост.

Како се израчунава?

Да бисмо пронашли енталпију, морамо кренути од првог закона термодинамике који сматра да варијација унутрашње енергије ΔУ система настаје услед апсорбоване топлоте К и рада В на њему од стране неког спољног агенса:

Ако је рад негативан интеграл на целокупну запремину производа притиска и диференцијалне промене запремине. Ова дефиниција је еквивалентна негативном интегралу скаларног продукта силе и вектора помака у механичком раду:

Када се примени горе наведени константни притисак, П може да изађе из интегралног; стога је посао следећи:

-Експресија за енталпију

Ако је овај резултат супституисан у Δ У, добијамо:

Количина У + ПВ назива се енталпија Х, тако да:

Енталпија се мери у џулима, јер је то енергија.

Енталпија решења

Почетне компоненте раствора су раствор и растварач, и имају оригиналну енталпију. Када се догоди ово растварање, имаће своју енталпију.

У овом случају, промена енталпије у џуловима може се изразити као:

Или у стандардном енталпијском облику ΔХ ^о , где је резултат у џулу / мол

Ако реакција одаје топлоту, знак ΔХ је негативан (егзотермни процес), ако апсорбује топлоту (ендотермички процес), знак ће бити позитиван. И наравно, вредност енталпије раствора зависиће од концентрације коначног раствора.

Апликације

Многа јонска једињења су растворљива у поларним растварачима, као што је вода. Уобичајена је раствора соли (натријум-хлорида) у води или физиолошкој отопини. Сада се енталпија решења може сматрати допринос две енергије:

- Један за прекид веза између растварача и растварача

- Други је потребан за формирање нових веза растварача-растварача.

У случају растварања јонске соли у води, потребно је познавати такозвану решеткасту енталпију чврсте супстанце и енталпију хидратације за формирање раствора, у случају воде. Ако није вода, онда се то назива енталпија солвације.

Енталпија решетке је енергија неопходна за распад јонске мреже и формирање гасовитих јона, процес који је увек ендотермичан, будући да се енергија мора снабдевати у чврстом телу да би је раздвојила у своје саставне ионе и довела у гасовито стање.

С друге стране, процеси хидрације су увек егзотермни, јер су хидратни јони стабилнији од јона у гасовитом стању.

На овај начин, стварање раствора може бити егзотермно или ендотермично, зависно од тога да ли је распад јонске решетке раствора потребан више или мање енергије него што хидратација пружа.

Мерења калориметром

У пракси је могуће измерити ΔХ у калориметру, који се у основи састоји од изоловане посуде опремљене термометром и штапом за мешање.

Што се тиче посуде, у њу се готово увек излива вода, што је калориметрична течност пар екцелленце, пошто су њена својства универзална референца за све течности.

Стари калориметар који користи Лавоисиер. Извор: Густавоцарра.

Наравно, материјали калориметра такође учествују у размени топлоте, поред воде. Али топлотни капацитет целог склопа, назван константом калориметра, може се одредити одвојено од реакције и затим узети у обзир када се одвија.

Енергетска биланца је следећа, памти услов да у систему нема цурења енергије:

- Течна вода се формира:

½ О ₂ + ½ Х ₂ → Х ₂ О _{течност} ; Δ Х ^о = -285,9 кЈ / мол

- Сада морате да направите решење:

_Солид К + Х ₂ О → ½ Х ₂ + _водени КОХ ; Δ Х ^о = -2011 кЈ / мол

Имајте на уму да је знак енталпије дезинтеграције КОХ обрнут, што је последица Хессовог закона: када се реактанти претварају у производе, промена енталпије не зависи од корака који следе и када једнаџбу треба обрнути , као у овом случају, енталпија мења знак.

Енергетска равнотежа је алгебрични збир енталпија:

-Вежба 2

Енталпија раствора за следећу реакцију одређена је на калориметру са константним притиском и зна се да је константа калориметра 342,5 Ј / К. Када 1.423 г натријум сулфата На ₂ СО _{4 је} растворено у 100.34 г воде, промена температуре је 0.037 К. Израчунајте стандардни енталпија раствора за На ₂ СО ₄ из ових података.

Решење

Стандардна енталпија решења решава се из једначине која је дата горе:

За натријум сулфат: М _с = 142,04 г / мол; м _с = 1.423 г

А за воду: м _вода = 100,34 г; М _вода = 18,02 г / мол; Ц _{вода; м} = 75.291 Ј / К мол

Δ Т = 0,037 К

Ц _{калориметар} = 342,5 Ј / К

Референце

1. Ценгел, И. 2012. Термодинамика. Седмо издање Мц.Грав Хилл. 782 - 790
2. Енгел, Т. 2007. Увод у физикохемију: Термодинамика. Пеарсон Едуцатион. 63-78.
3. Гианцоли, Д. 2006. Физика: принципи примјене. 6. .. Хала Ед Прентице. 384-391.
4. Марон, С. 2002. Основе физикохемије. Лимуса. 152-155.
5. Серваи, Р., Јеветт, Ј. (2008). Физика за науку и инжењерство. Том 1. 7тх. Ед. Ценгаге Леарнинг. 553-567.