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Entalpia

 

Entalpia - Definição

Entalpia é definida como uma função de estado que depende apenas do estado de equilíbrio predominante identificados pelas variáveis de energia interna, a pressão e volume.

Termodinâmica.

É uma quantidade associada com um sistema termodinâmico, expressa como a energia interna de um sistema mais o produto da pressão e volume do sistema, tendo a propriedade que, durante um processo isobárica, a alteração na quantidade é igual ao calor transferido durante processo.

Símbolo: H

Entalpia - O que é

Entalpia é uma medida de energia num sistema termodinâmico.

Entalpia é a quantidade de conteúdo de calor utilizados ou produzidos em um sistema a pressão constante.

Entalpia é geralmente expressa como a alteração de entalpia.

Introdução

Entalpia (H) é a soma da energia interna (U) e do produto da pressão e do volume (PV) dado pela equação:

H = U + PV

Quando um processo ocorre a uma pressão constante, o calor desenvolvido (libertados ou absorvido) é igual à variação de entalpia.

Entalpia é uma função de estado que depende inteiramente do estado funções T, P e entalpia U. é geralmente expressa como a alteração na entalpia (AH) para um processo de entre os estados iniciais e finais:

DH =? U + ?ApV

Se a temperatura e pressão permanecer constante através do processo e do trabalho é limitado a pressão de volume de trabalho, em seguida, a variação de entalpia é dada pela equação:

DH =? U + P?V

Também a pressão constante do fluxo de calor (q) para o processo é igual à variação da entalpia definido pela equação:

AH = q

Olhando se q é exotérmica ou endotérmica pode-se determinar uma relação entre AH e q.

Se a reação absorve o calor é endotérmica significando a reação consome calor a partir das imediações de modo q> 0 (positivo).

Portanto, à temperatura e pressão constantes, pela equação acima, se q for positiva, em seguida, AH também é positivo.

E o mesmo vale para se a reação libera calor, então é exotérmico, ou seja, o sistema libera calor para os seus arredores, para q <0 (negativo).

E, se q é negativo, então AH também será negativo.

Variação de entalpia que acompanha uma mudança no estado da Matéria

Quando um líquido se vaporiza o líquido deve absorver o calor a partir dos seus arredores para substituir a energia necessária pelas moléculas de vaporização, a fim de que a temperatura se mantenha constante. Este calor necessária para vaporizar o líquido é chamado entalpia, ou muitas vezes, o calor de vaporização.

Para a vaporização de uma mole de água a entalpia é dada como:

DH = 44,0 kJ a 298K

Quando um sólido derrete, a energia requerida é similarmente chamado entalpia, ou calor de fusão.

Para uma mole de gelo a entalpia é dada como:

AH = 6,01 kJ em 273.15K

A entalpia de condensação é o inverso da entalpia de vaporização ea entalpia de congelamento é o inverso da entalpia de fusão.

A variação de entalpia de uma transição de fase reversa é o negativo da variação de entalpia da transição de fase para a frente.

Também a variação de entalpia de um processo completo é a soma das mudanças de entalpia para cada uma das transições de fase incorporados no processo.

Entalpia - Energia

Precisamos definir uma outra grandeza: a entalpia.

A entalpia é o conteúdo de energia de cada substância participante da reação.

A variação da entalpia de um sistema é o calor liberado ou absorvido quando uma transformação ocorre sob pressão constante.

Entalpia H reação = Entalpia H produtos Entalpia - H reagentes

Equação termoquímica

E uma equação química onde são mencionados a entalpia da reação .

Exemplo:

H 2(l)+ 1/2 O2 (g) Entalpia H2O (l)

Entalpia H = - 68,5 kcal/mol

Importante notar que a variação de entalpia se refere as quantidades de reagentes e produtos que aparecem escritas.

Caso as quantidades dos reagentes e produtos sejam multiplicadas por qualquer número , o valor da variação da entalpia também sofrerá essa alteração.

Exemplo:

H2 (l) + 1/2 O2 Entalpia (g) H2O(l)

Entalpia H = - 68,5 kcal/mol

2 H2 (l) + 1 O2 (g) Entalpia 2 H2O

Entalpia H = - 137 kcal/mol

se você inverter a equação , você inverte o sinal da variação da entalpia

2 H2O Entalpia 2 H2 + 1 O2

Entalpia H = +137 kcal/mol

Estado padrão de entalpia

Estado padrão

Temperatura: 25 0C

Pressão: 1 atm.

Na forma cristalina e estado físico mais estável e comum do composto ou elemento

No estado padrão o elemento químico tem entalpia igual a zero.

Entalpia padrão de formação de uma substância

Variação da entalpia que ocorre na formação de um mol da substância considerada, a partir das substâncias simples , todas no estado padrão primeiro exemplo citado mostra a entalpia padrão de formação da água

H2 (g) +1/2 O2 Entalpia H2O

Entalpia H= - 68,5 kcal/mol

A reação abaixo é uma reação de formação?

  C2H4(g) + H2(g) Entalpia C2H6(g)

Não. Nesta reação forma-se um mol de produto, mas um dos reagentes é um composto. Todos os reagentes devem estar na forma de elementos em uma reação de formação.

Calores padrão de formação a 250C

Substância

Entalpia H0f,

kJ mol-1

Substância

EntalpiaH0f,

kJ mol-1

CH4(g)

-74,8

H2O2 (l)

-187,6

CH3OH(l)

-239,0

H2S (g)

-20,6

C2H2(g)

226,8

H2SO4 (l)

814,0

C2H4(g)

52,3

NH3 (g)

-46,1

C2H6(g)

-84,6

NH4Cl (s)

-314,4

CO(g)

-110,5

NaCl (s)

-412,1

CO2(g)

-393,5

Na2O(s)

-415,9

HCl(g)

-92,3

O3 (g)

143

H2O(g)

-241,8

SO2 (g)

-296,8

H2O(l)

-285,8

SO3 (g)

-395,7

Entalpia de combustão de uma substância

É a variação de entalpia verificada na combustão total de um mol da substância considerada, supondo-se todas as substâncias no estado padrão

Nas reações de combustão o H é sempre negativo.

Entalpia de neutralização

É a variação de entalpia verificada na neutralização de um equivalente grama de um ácido por um equivalente grama de uma base, supondo –se todas as substâncias diluídas nas condições padrão.

A reação de neutralização é sempre exotérmica,

H é sempre negativo.

Energia de ligação

É a variação da entalpia verificada na quebra de um mol de uma determinada ligação química, supondo –se todas as substâncias no estado gasoso, nas condições padrão.

A quebra das ligações é um processo sempre endotérmico, portanto H é sempre positivo.

Exemplo:

H – H ou H2 Entalpia 2 H2 (g)

H= +104,2 kcal/ml

Lei de Hess

A variação de entalpia numa reação química depende dos estados final e inicial da reação.

Pela lei de Hess pode – se considerar que as equações termoquímicas podem ser somadas como se fossem equações matemáticas

Invertendo –se uma equação termoquímica , como já falamos, inverte-se o sinal da variação da entalpia.

Multiplicando-se os coeficientes dos reagentes e produtos da equação termoquímica, o valor da variação da entalia também será dividido por esse numero.

A lei de Hess nos ajudará a resolver problemas do tipo:

S(s) + O2 Entalpia (g) SO2

Entalpia H 1= - 71,0 kcal

SO2 (g) + 1/2 O2 (g) Entalpia SO3 (g)

Entalpia H 2 = - 23,4 kcal

Com as informações dadas calcule o valor da entalpia (H) da reação:

S (s) + 3/2 O2 Entalpia SO3 (g)

Resposta:

Utilizando a lei de Hess, vemos que ao somar as duas reações dadas , obtemos a reação acima

S (s) + O2 (g) Entalpia SO2

SO2(g) + ½ O2 (g) Entalpia SO3 (g)

S(s) + 3/2 O2(g) EntalpiaSO3(g) 

Entalpia H = Entalpia H1 + Entalpia H2 = - 94,4 kcal

Da mesma maneira que somamos as equações , somamos os valores da variação de entalpia.

Entalpia - Termodinâmica

Quatro quantidades chamados " potenciais termodinâmicos "são úteis nas termodinâmica químicos de reações e não-cíclicos processos.

Eles são a energia interna , entalpia, a energia livre de Helmholtz e da energia livre de Gibbs.

Entalpia é definida por

H = U + PV

onde P e V são a pressão e volume, e U é a energia interna. Entalpia é então um precisamente mensurável variável de estado , uma vez que é definido em termos de três outras variáveis ??de estado precisamente definidas. É um tanto paralela à primeira lei da termodinâmica para um sistema de pressão constante

Q =? U + P?V vez que neste caso Q = AH

É uma quantidade útil para reações químicas de controle. Se, como resultado de uma reação exotérmica alguma energia é libertada para um sistema, ele tem de mostrar-se em alguma forma mensurável em termos de variáveis de estado.

Um aumento na entalpia H = U + PV pode estar associado a um aumento na energia interna, que pode ser medido por calorimetria de, ou com o trabalho feito pelo sistema, ou uma combinação dos dois

A energia U interno pode ser pensado como a energia necessária para criar um sistema na ausência de alterações na temperatura ou volume.

Mas se o processo altera o volume, tal como numa reação química que produz um produto gasoso, em seguida, o trabalho deve ser feito para produzir a alteração no volume. Para um processo a pressão constante o trabalho que você deve fazer para produzir um volume mudança AV é P?V.

Em seguida, o PV termo pode ser interpretado como o trabalho que você deve fazer para "criar espaço" para o sistema se você presumir que começou no volume zero.

Propriedades Termodinâmicas de Substâncias selecionados

Para uma mole de 298K e 1 atmosfera de pressão

Substância (formulário) Entalpia
?
f H (kJ)
Gibbs
?
f G (kJ)
Entropia
(J / K
Calor específico
C
P (J / K)
Volume
V (cm
3)
Al (s) 0 0 28,33 24,35 9,99
Al 2 SiO 5 (cianite) -2594,29 -2443,88 83,81 121,71 44,09
Al 2 SiO 5 (andaluzita) -2590,27 -2442,66 93,22 122,72 51,53
Al 2 SiO 5 (silimanita) -2587,76 -2440,99 96,11 124,52 49,90
Ar (g) 0 0 154,84 20,79 ...
C (grafite) 0 0 5,74 8,53 5,30
C (diamante) 1,895 2,900 2,38 6,11 3,42
CH 4 (g) -74,81 -50,72 186,26 35,31 ...
C 2 H 6 (g) -84,68 -32,82 229,60 52,63 ...
C 3 H 8 (g) -103,85 -23,49 269,91 73,5 ...
C 2 H 5 OH (l) -277,69 -174,78 160,7 111,46 58,4
C 6 H 12 O 6 (glicose) -1268 -910 212 115 ...
CO (g) -110,53 -137,17 197,67 29,14 ...
CO 2 (g) -393,51 -394,36 213,74 37,11 ...
H 2 CO 3 (aq) -699,65 -623,08 187,4 ... ...
HCO 3 - (aq) -691,99 -586,77 91,2 ... ...
Ca 2 + (aq) -542,83 -553,58 -53,1 ... ...
CaCO 3 (calcite) -1206,9 -1128,8 92,9 81,88 36,93
CaCO 3 (aragonita) -1207,1 -1127,8 88,7 81,25 34,15
CaCl2 (s) -795,8 -748,1 104,6 72,59 51,6
Cl 2 (g) 0 0 223,07 33,91 ...
Cl - (aq) -167,16 -131,23 56,5 -136,4 17,3
Cu (s) 0 0 33,150 24,44 7,12
Fe (s) 0 0 27,28 25,10 7,11
H 2 (g) 0 0 130,68 28,82 ...
H (g) 217,97 203,25 114,71 20,78 ...
H + (aq) 0 0 0 0 ...
H2O (l) -285,83 -237,13 69,91 75,29 18,068
H2O (g) -241,82 -228,57 188,83 33,58 ...
Ele (g) 0 0 126,15 20,79 ...
Hg (l) 0 0 76,02 27,98 14,81
N 2 (g) 0 0 191,61 29,12 ...
NH 3 (g) -46,11 -16,45 192,45 35,06 ...
Na + (aq) -240,12 -261,91 59,0 46,4 -1,2
De NaCl (s) -411,15 -384,14 72,13 50,50 27,01
NaAlSi 3 O 8 (albita) -3935,1 -3711,5 207,40 205,10 100,07
NaAlSi 2 O 6 (jadeite) -3030,9 -2852,1 133,5 160,0 60,40
Ne (g) 0 0 146,33 20,79 ...
O 2 (g) 0 0 205,14 29,38 ...
O 2 (aq) -11,7 16,4 110,9 ... ...
OH - (aq) -229,99 -157,24 -10,75 -148,5 ...
Pb (s) 0 0 64,81 26,44 18,3
PbO 2 (S) -277,4 -217,33 68,6 64,64 ...
PbSO 4 (s) -920,0 -813,0 148,5 103,2 ...
SO 4 2 - (aq) -909,27 -744,53 20,1 -293 ...
HSO 4 - (aq) -887,34 -755,91 131,8 -84 ...
SiO 2 (um quartzo) -910,94 -856,64 41,84 44,43 22,69
H 4 SiO 4 (aq) -1449,36 -1307,67 215,13 468,98 ...

Dados de Schroeder, Daniel V., Introdução à Física Térmica, Addison-Wesley, 2000.

Entalpia - Energia

Entalpia (H) - A soma da energia interna do sistema, mais o produto da pressão do gás no sistema eo seu volume:

H sys = E sys + PV

Após uma série de rearranjos, e se a pressão se for mantida constante, podemos chegar a seguinte equação:

Entalpia a pressão constante

onde Entalpia H é o H final menos inicial e H q é o calor

Entalpia de reação ( Entalpia H)

A diferença entre a soma das entalpias dos produtos ea soma das entalpias dos reagentes:

Entalpia

Na reação acima, N e M são os coeficientes dos produtos e dos reagentes na equação equilibrada.

Exotérmica - Reação na qual um sistema DIVULGA aquecer a seus arredores.

Entalpia H é negativo ( Entalpia H <0)

E a é a energia de ativação.

Entalpia
Reação de Coordenadas

Entalpia
Reação de Coordenadas

Endotérmico - Reação na qual um sistema ABSORVE calor de seus arredores.

Entalpia H é positivo ( Entalpia H> 0)

Vamos distinguir várias mudanças de fase de água quer como endotérmica ou exotérmica.

H2O(l) Entalpia H2O(s)

1) A reação acima é exotérmica, porque o calor é libertado quando a água líquida congela para formar gelo.

H2O(l) Entalpia H2O(g)

2) A reação acima é endotérmica porque deve haver uma entrada de energia, a fim de moléculas de água na fase líquida para ter energia suficiente para escapar para a fase gasosa.

H2O(s) Entalpia H2O(l)

3) A reação acima é endotérmica porque deve haver uma entrada de energia para quebrar as ligações que prendem as moléculas de água em conjunto, como gelo.

Standard-Estado entalpia de reação ( Entalpia H )

Três fatores podem afetar a entalpia da reação:

As concentrações dos reagentes e os produtos

A temperatura do sistema

As pressões parciais dos gases envolvido (se houver)

Os efeitos das mudanças nesses fatores pode ser mostrado em relação à entalpia padrão de estado de reação ( EntalpiaH ), Que é a alteração na entalpia durante uma reação química que começa e termina sob condições de estado padrão.

Padrão condições de estado

As pressões parciais de quaisquer gases envolvidos na reação é de 0,1 MPa.

As concentrações de todas as soluções aquosas são 1 M.

As medições são também geralmente levado a uma temperatura de 25 Entalpia C (298 K)

Lei de Hess

1940 - Germain Henri Hess

Entalpia
Hess

A Lei de Hess estabelece que o calor transferidos, ou variação de entalpia ( Entalpia H), numa reação é a mesma, independentemente se a reação ocorre em uma única etapa ou em vários passos.

O método de cálculo da entalpia de reação desenvolvido por Hess é chamado Lei de Hess da soma de calor.

Se uma série de reações são adicionados em conjunto, a alteração líquida no calor da reação é a soma das mudanças de entalpia para cada passo.

Regras para usar a Lei de Hess

Se a reação é multiplicado (ou divididas) por algum fator, Entalpia H devem também ser multiplicado (ou divididas) por esse mesmo fator.

Se a reação é invertida (invertida), o sinal de Entalpia H devem também ser invertida.

Cálculos exemplo

1) O azoto eo gás de oxigénio se combinam para formar dióxido de azoto de acordo com a seguinte reação:

N2(g) + O2(g) Entalpia 2 NO

Calcula-se a variação da entalpia para a reação acima em geral, determinado:

Entalpia

Este problema é muito simples. Se nós simplesmente somar as duas reações mantendo todos os reagentes à esquerda e todos os produtos à direita, vamos acabar com a equação global que nos é dado. Uma vez que não efetuar quaisquer alterações nas reações individuais, não fazemos quaisquer alterações Entalpia H.

Se somarmos Entalpia H, bem como, encontramos a variação de entalpia:

Entalpia

Vamos tentar um que é um pouco mais complicado.

2) A partir das mudanças de entalpia seguintes:

Entalpia

Calcular o valor de Entalpia H Entalpia para a reação:

Entalpia

Se olharmos para a reação final, vemos que precisamos de 2 átomos de S no lado reagentes. A reação só com os átomos de S é a terceira reação, e, a fim de obter 2 átomos de S, é preciso multiplicar a reação todo por um fator de 2. O reagente na reação seguinte final é 2 de moléculas. A reação apenas com um DE molécula é a primeira reação, e, a fim de obter 2 de moléculas, é preciso multiplicar a reação todo por um fator de 2. No lado produtos da reação final, há um SF 4 molécula, ea única fonte possível da 4 SF molécula é a segunda reação. No entanto, o SF 4 molécula está no lado reagentes, o que não é o lado temos-lo. Então nós vamos ter de virar a segunda reação para obter o SF 4 molécula onde precisamos dela

Entalpia

Agora, se somar as reações, devemos acabar com a reação dada global:

Entalpia

Lembre-se que tudo o que fizemos para cada reação, temos que fazer a cada respectivo Entalpia H Entalpia . Então temos que multiplicar o primeiro e terceiro Entalpia H Entalpia valores por um fator de 2. Temos também para inverter o sinal do segundo Entalpia H Entalpia .

Quando acrescentamos estes acima obtemos:

Entalpia

Entalpia de formação ( Entalpia H f Entalpia )

A entalpia associada com a reação que forma um composto a partir dos seus elementos nos seus estados mais termodinamicamente estáveis. Estes são medidos em uma escala relativa em que zero é a entalpia de formação dos elementos nos seus estados mais termodinamicamente estáveis.

A entalpia padrão no estado da reação é igual à soma das entalpias de formação dos produtos menos a soma das entalpias de formação dos reagentes:

Entalpia

Entalpia amostra de cálculo formação

Calcular o calor emitido quando uma mole de B 5 H 9 reage com o oxigénio em excesso de acordo com a seguinte reação:

2 B5H9(g) + 12 O2(g) Entalpia 5 B2H3(g) + 9 H2O(g)

Composto Entalpia H f (KJ / mol-K)
B 5 H 9 (g) 73,2
B 2 O 3 (g) -1272,77
O 2 (g) 0
H2O (g) -241,82

Na reação acima de 2 moles de B 5 H 9 reagir com 12 moles de O 2 para se obter cinco moles de B 2 O 3 e 9 moles de H 2 O.

Encontramos o Entalpia H f Entalpia subtraindo a soma das entalpias de o reagente a partir da soma dos entalpias dos produtos:

NOTA: O calor de formação de O 2 é zero porque esta é a forma do oxigénio no seu estado mais termodinamicamente estável.

Entalpia

Energia de ligação

A energia necessária para quebrar uma ligação. Energia de ligação é sempre um número positivo, porque a quebra de um vínculo requer uma entrada de energia (endotérmico). Quando uma ligação é formada, a quantidade de energia igual à energia de ligação é libertado.

Entalpia

As ligações quebradas são as ligações dos reagentes. As ligações formadas são os laços de produtos.

Cálculo da amostra

Encontrar Entalpia H para a reação seguinte dadas as energias de ligação seguintes:

2 H2(g) + O2 Entalpia 2 H2O

 

Vínculo Energia de ligação
(KJ / mol)
HH 436
O = S 499
OH 463

Nós temos que descobrir quais ligações são quebradas e que as ligações são formadas.

2 ligações HH estão quebrados.

1 O = O vínculo é quebrado

2 ligações OH são formados por molécula de água, e existem 2 moléculas de água formadas, por conseguinte, 4 ligações OH são formados

Agora que pode substituir os valores dados na equação:

Entalpia

Bond de dissociação entalpia

A energia necessária para quebrar uma ligação XY para dar X e Y átomos na fase gasosa, tal como na reação seguinte:

XY(g) Entalpia X(g) + Y(g)

Fonte: chemwiki.ucdavis.edu/educar.sc.usp.br/hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/www.chem.tamu.edu

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