Back to chapter

6.7:

משוואות תרמוכימיות

JoVE Core
Chimie
This content is Free Access.
JoVE Core Chimie
Thermochemical Equations

Langues

Diviser

מרבית התגובות הכימיות מתרחשות בלחץ אטמוספרי. בתנאים של לחץ קבוע, שינוי החום המקושר לתגובה, דלתא Q, שווה לשינוי באנתלפיה, דלתא H, שנקרא גם האנתלפיה או החום של תגובה. אנתלפיית התגובה היא ההפרש בין אנתלפיית התוצרים והמגיבים.כשאנתלפיית התוצרים גדולה יותר מאנתלפיית המגיבים, דלתא H היא חיובית. תגבות כאלו סופגות חום והן אנדותרמיות. לעומת זאת, אם אנתלפיית המגיבים גדולה מאנתלפיית התוצרים, דלתא H היא שלילית.תגובות כאלה פולטות חום והן אקסותרמיות. בכל תגובה כימית, עוצמת השינוי הנלווה באנתלפיה תלויה בכמות הסטויכיומטרית של מגיבים ותוצרים, שמצוינת באמצעות המקדמים של המשוואה המאוזנת. משוואה כימית מאוזנת שכוללת את סימון מצבי הצבירה ואנתלפיית התגובה, דלתא H, נקראת משוואה תרמוכימית.חשבו על הבערה של מתאן, מקור דלק מרכזי. שרפת מתאן משחררת חום לסביבה. הטבע האקסותרמי של התגובה מצוין על ידי השינוי השלילי של האנתלפיה במשוואה התרמוכימית.משוואת הבערה מראה שכשמול אחד של גז מתאן מגיב עם שני מולים של גז חמצן ליצירת מול אחד של גז פחמן דו חמצני ושני מולים של מים במצב נוזל, 890.8 קילוג’ול של חום משוחררים לסביבה. היחס המולי בין המגיבים או התוצרים וחופ התגבוה יכולים לשמש כפקטורי המרה כדי לחשב את מעבר החום בזמן התגובה. אם צילינדר של גז מכיל 25.5 קילוגרמים של מתאן וכל המתאן בצילינדר עובר בערה, כמה חום ייווצר?באופן כללי, הרעיון הוא להמיר מסה למולים ואז מולים לחום התגובה. תחילה, 25.5 קילוגרמים מוכפלים ב-1, 000 כדי למצוא את המסה בגרמים. ואז המסה של המתאן מחולקת במסה המולרית 16.0 גרם למול, והתוצאה היא 1, 594 מולים של מתאן.לבסוף, בעזרת פקטור המרה בין המולים של המתאן לחום התגובה, 1, 594 מולים של מתאן משחררים חום בכמות של 14.2 כפול עשר בחזקת 6 קילוג’ול של חום, וזהו חום התגובה. התשובה היא שלילית, מכיוון שהתגובה היא אקסותרמית כיוון שמתפתח חום במהלך תגובה.

6.7:

משוואות תרמוכימיות

For a chemical reaction (the system) carried out at constant pressure – with the only work done caused by expansion or contraction – the enthalpy of reaction (also called the heat of reaction, ΔHrxn) is equal to the heat exchanged with the surroundings (qp).

Eq1

The change in enthalpy is an extensive property, and it depends on the amounts of the reactants participating in the reaction (or the number of moles of reactants). The change in enthalpy is specific to the reaction, and the physical states of the reactant and product species are important. An exothermic reaction is characterized by a −ΔHrxn value, while an endothermic reaction has a +ΔHrxn value. 

Because the amount of heat released or absorbed by a reaction corresponds to the amount of each substance consumed or produced by the reaction, it is convenient to use a thermochemical equation to represent the changes in both matter and energy. In a thermochemical equation, the change in enthalpy of a reaction is shown as ΔHrxn, and it is generally provided following the equation for the reaction. The magnitude of ΔHrxn indicates the amount of heat associated with the reaction shown in the chemical equation. The sign of ΔHrxn indicates if the reaction is exothermic or endothermic, as written. In the following equation, 1 mole of hydrogen gas and 1/2 mole of oxygen gas (at some temperature and pressure) react to form 1 mole of liquid water (at the same temperature and pressure).

Eq1

This equation indicates that 286 kJ of heat is released to the surroundings. In other words, 286 kJ of heat is released (reaction is exothermic) for every mole of hydrogen that is consumed or for every mole of water that is produced. Therefore, the enthalpy of reaction is a conversion factor that can be used to calculate the amount of heat that is released or absorbed during reactions involving specific amounts of reactants and products.

Eq1

If the coefficients of the chemical equation are multiplied by some factor (i.e., if the amount of a substance is changed), the change in enthalpy must be multiplied by that same factor.

(two-fold increase in amounts)

Eq1

(two-fold decrease in amounts)

Eq1

To illustrate that the enthalpy change of a reaction depends on the physical states of the reactants and products, consider the formation of gaseous water (or water vapor). When 1 mole of hydrogen gas and ½ mole of oxygen gas react to form 1 mole of gaseous water, only 242 kJ of heat are released, as opposed to 286 kJ of heat, which is released when liquid water forms.

Eq1

Suggested Reading

  1. Canagaratna, Sebastian G. "A visual aid in enthalpy calculations." Journal of Chemical Education 77, no. 9 (2000): 1178.
  2. Keifer, David. "Enthalpy and the Second Law of Thermodynamics." Journal of Chemical Education 96, no. 7 (2019): 1407-1411.
  3. Khalil, Mutasim I. "Calculating enthalpy of reaction by a matrix method." Journal of Chemical Education 77, no. 2 (2000): 185.