ყველა ქიმიურ რეაქციაში სითბოს მიღება შესაძლებელია შემოგარენიდან ან მისი გათავისუფლება შემოგარენში. სითბოს გაცვლა ქიმიურ რეაქციასა და მის გარემოს შორის ცნობილია როგორც რეაქციის ენთალპია, ან H. დროთა განმავლობაში (დაწერილია როგორც თ). H– ით მეცნიერს შეუძლია განსაზღვროს, გამოსცემს თუ არა რეაქცია სითბოს (ან არის „ეგზოთერმული“) თუ იღებს სითბოს (ან არის „ენდოთერმული“). Ზოგადად, H = m x s x T, სადაც m არის რეაქტიული მასის მასა, s არის პროდუქტების სპეციფიური სითბო, ხოლო T არის ტემპერატურის ცვლილება რეაქციაში.
ნაბიჯი
3 მეთოდი 1: ენთალპიის პრობლემების გადაჭრა
ნაბიჯი 1. განსაზღვრეთ თქვენი პროდუქტებისა და რეაქტივების რეაქცია
ნებისმიერი ქიმიური რეაქცია მოიცავს ორ ქიმიურ კატეგორიას - პროდუქტებს და რეაქტივებს. პროდუქტები არის ქიმიური ნივთიერებები, რომლებიც წარმოიქმნება რეაქციების შედეგად, ხოლო რეაქტივები არის ქიმიური ნივთიერებები, რომლებიც გაერთიანებულია ან იშლება პროდუქციის წარმოებისთვის. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, რეაქციის რეაქტორები ჰგავს საკვების რეცეპტის ინგრედიენტებს, ხოლო პროდუქტები მზა საკვებია. რეაქციის H- ის საპოვნელად, ჯერ პროდუქტებისა და რეაქტივების იდენტიფიცირება.
მაგალითად, ვთქვათ, ჩვენ ვიპოვით რეაქციის ენთალპიას წყალბადის და ჟანგბადისგან წყლის წარმოქმნისას: 2H2 (წყალბადი) + O2 (ჟანგბადი) → 2H2ო (წყალი). ამ განტოლებაში, თ2 და ო2 არის რეაქტიული და თ2ო არის პროდუქტი
ნაბიჯი 2. განსაზღვრეთ რეაქტიული ნივთიერებების საერთო მასა
შემდეგი, იპოვნეთ თქვენი რეაქტივების მასა. თუ არ იცით მისი მასა და ვერ აწონით მას სამეცნიერო მასშტაბით, შეგიძლიათ გამოიყენოთ მისი მოლური მასა, რომ იპოვოთ მისი რეალური მასა. მოლური მასა არის მუდმივი, რომელიც გვხვდება რეგულარულ პერიოდულ ცხრილში (ცალკეული ელემენტებისთვის) და სხვა ქიმიურ წყაროებში (მოლეკულებისა და ნაერთებისათვის). უბრალოდ გაამრავლეთ თითოეული რეაქტინის მოლური მასა მოლების რაოდენობაზე, რათა იპოვოთ რეაქტიულთა მასა.
-
წყლის მაგალითში, ჩვენი რეაქტივებია წყალბადი და ჟანგბადის გაზები, რომლებსაც აქვთ მოლური მასა 2 გ და 32 გ. ვინაიდან ჩვენ ვიყენებთ 2 მოლ წყალბადს (ვიმსჯელებთ კოეფიციენტით 2 in H2) და 1 მოლი ჟანგბადი (ვიმსჯელებთ O- ში კოეფიციენტების არარსებობით2), ჩვენ შეგვიძლია გამოვთვალოთ რეაქტივების მთლიანი მასა შემდეგნაირად:
2 × (2 გ) + 1 × (32 გ) = 4 გ + 32 გ = 36 გ
ნაბიჯი 3. იპოვეთ თქვენი პროდუქტის კონკრეტული სითბო
შემდეგი, იპოვნეთ იმ პროდუქტის კონკრეტული სითბო, რომელსაც აანალიზებთ. თითოეულ ელემენტს ან მოლეკულას აქვს კონკრეტული კონკრეტული სითბო: ეს მნიშვნელობა არის მუდმივი და ჩვეულებრივ გვხვდება ქიმიის სასწავლო რესურსებში (მაგალითად, ქიმიის სახელმძღვანელოს უკანა ცხრილში). სპეციფიკური სითბოს გამოთვლის სხვადასხვა გზა არსებობს, მაგრამ ფორმულისთვის, რომელსაც ჩვენ ვიყენებთ, ჩვენ ვიყენებთ ერთეულს ჟოულ/გრამ ° C.
- გაითვალისწინეთ, რომ თუ თქვენს განტოლებას აქვს მრავალი პროდუქტი, თქვენ უნდა გამოთვალოთ ენთალპია თითოეული პროდუქტის წარმოებისათვის გამოყენებული ელემენტების რეაქციებისთვის, შემდეგ კი დაამატოთ ისინი, რათა იპოვოთ რეაქციის მთლიანი ენთალპია.
- ჩვენს მაგალითში, საბოლოო პროდუქტი არის წყალი, რომელსაც აქვს სპეციფიური სითბო დაახ. 4.2 ჯოული/გრამი ° C.
ნაბიჯი 4. იპოვეთ ტემპერატურის სხვაობა რეაქციის შემდეგ
შემდეგი, ჩვენ ვიპოვით T- ს, ტემპერატურის ცვლილებას რეაქციამდე და მის შემდეგ. გამოაკლეთ რეაქციის საწყისი ტემპერატურა (ან T1) საბოლოო ტემპერატურისგან რეაქციის (ან T2) გამოსათვლელად. როგორც უმეტეს ქიმიურ სამუშაოებში, გამოიყენება კელვინის (K) ტემპერატურა (თუმცა ცელსიუსი (C) იგივე შედეგს იძლევა).
-
ჩვენი მაგალითისთვის, ვთქვათ, რეაქციის საწყისი ტემპერატურაა 185K, მაგრამ გაცივდება 95K- მდე, როდესაც რეაქცია დასრულდება. ამ პრობლემის დროს T გამოითვლება შემდეგნაირად:
T = T2 - T1 = 95K - 185K = - 90 ათასი
ნაბიჯი 5. ამოსახსნელად გამოიყენეთ ფორმულა H = m x s x T
თუ თქვენ გაქვთ m, რეაქტივების მასა, s, პროდუქტების სპეციფიური სითბო და T, რეაქციის ტემპერატურის ცვლილება, მაშინ მზად ხართ იპოვოთ რეაქციის ენთალპია. შეაერთეთ თქვენი მნიშვნელობები ფორმულაში H = m x s x T და გაამრავლეთ ამოსახსნელად. თქვენი პასუხი იწერება ენერგეტიკულ ერთეულებში, კერძოდ ჯოულში (J).
-
ჩვენი მაგალითის პრობლემისთვის რეაქციის ენთალპია არის:
H = (36 გ) (4.2 JK-1 g-1) × (-90K) = - 13,608 ჯ
ნაბიჯი 6. დაადგინეთ, იღებს თუ არა თქვენი რეაქცია ენერგიას
H– ის გამოთვლის ერთ – ერთი ყველაზე გავრცელებული მიზეზი სხვადასხვა რეაქციისათვის არის იმის დადგენა, არის თუ არა რეაქცია ეგზოთერმული (ენერგიას კარგავს და ათავისუფლებს სითბოს) თუ ენდოთერმულს (იძენს ენერგიას და შთანთქავს სითბოს). თუ თქვენი საბოლოო პასუხის ნიშანი H დადებითია, მაშინ რეაქცია ენდოთერმულია. იმავდროულად, თუ ნიშანი უარყოფითია, რეაქცია ეგზოთერმულია. რაც უფრო დიდია რიცხვი, მით უფრო დიდია ეგზო- ან ენდოთერმული რეაქცია. ფრთხილად იყავით ძლიერი ეგზოთერმული რეაქციებით - ისინი ზოგჯერ გამოყოფენ დიდ რაოდენობას ენერგიას, რომელიც, თუ ძალიან სწრაფად გამოიყოფა, აფეთქებას გამოიწვევს.
ჩვენს მაგალითში, საბოლოო პასუხი არის -13608J. ვინაიდან ნიშანი უარყოფითია, ჩვენ ვიცით, რომ ჩვენი რეაქცია არის ეგზოთერმული რა ამას აზრი აქვს - ჰ2 და ო2 არის გაზი, ხოლო ჰ2ო, პროდუქტი არის თხევადი. ცხელმა აირმა (ორთქლის სახით) უნდა გაათავისუფლოს ენერგია გარემოში სითბოს სახით, რომ გაცივდეს და წარმოქმნას თხევადი, ანუ რეაქცია H ფორმირებაში2O არის ეგზოთერმული.
3 მეთოდი 2: ენთალპიის ზომის შეფასება
ნაბიჯი 1. გამოიყენეთ ბონდის ენერგიები ენთალპიის შესაფასებლად
თითქმის ყველა ქიმიური რეაქცია მოიცავს ატომებს შორის ბმების წარმოქმნას ან გაწყვეტას. ქიმიური რეაქციების დროს ენერგია არ შეიძლება განადგურდეს ან შეიქმნას, თუ ვიცით ენერგიის ოდენობა, რომელიც საჭიროა რეაქციაში ობლიგაციების წარმოსაქმნელად ან შესამსუბუქებლად, ჩვენ შეგვიძლია შევაფასოთ მთლიანი რეაქციის ენთალპიის ცვლილება მაღალი სიზუსტით ამ ბმის დამატებით ენერგიები.
-
მაგალითად, რეაქციამ გამოიყენა H2 + F2 → 2HF. ამ განტოლებაში, H მოლეკულაში H ატომების დაშლისათვის საჭირო ენერგიაა2 არის 436 კჯ/მოლი, ხოლო F ენერგიისთვის საჭირო ენერგია2 არის 158 კჯ/მოლი. დაბოლოს, H და F– დან HF– ის ფორმირებისათვის საჭირო ენერგია არის = -568 კჯ/მოლი. ჩვენ ვამრავლებთ 2 -ზე, რადგან პროდუქტი განტოლებაში არის 2 HF, ანუ ეს არის 2 × -568 = -1136 კჯ/მოლი. ყველა მათგანის ერთად დამატებით მივიღებთ:
436 + 158 + -1136 = - 542 კჯ/მოლი.
საფეხური 2. გამოიყენეთ ფორმირების ენთალპია ენთალპიის შესაფასებლად
წარმოქმნის ენთალპია არის H მნიშვნელობების ერთობლიობა, რომელიც წარმოადგენს ქიმიური ნივთიერების წარმოქმნის რეაქციის ენთალპიურ ცვლილებას. თუ თქვენ იცით ფორმირების ენთალპია, რომელიც საჭიროა განტოლებაში პროდუქტებისა და რეაქტიული ნივთიერებების წარმოებისათვის, შეგიძლიათ დაამატოთ ისინი ენთალპიის შესაფასებლად, როგორც ზემოთ აღწერილი ბმის ენერგიები.
-
მაგალითად, განტოლება გამოიყენება C2თ5OH + 3O2 CO 2CO2 + 3H2ო. ამ განტოლებაში ჩვენ ვიცით, რომ შემდეგი რეაქციის წარმოქმნის ენთალპია არის:
გ2თ5OH → 2C + 3H2 +0.5O2 = 228 კჯ/მოლი
2C + 2O2 CO 2CO2 = -394 2 = -788 კჯ/მოლი
3H2 +1.5 ო2 → 3 სთ2O = -286 × 3 = -858 კჯ/მოლი
ვინაიდან ჩვენ შეგვიძლია შევაჯამოთ ეს განტოლებები C- ის მისაღებად2თ5OH + 3O2 CO 2CO2 + 3H2ო, რეაქციიდან ჩვენ ვცდილობთ ვიპოვოთ ენთალპია, ჩვენ მხოლოდ უნდა დავამატოთ ზემოთ წარმოქმნის რეაქციის ენთალპია, რათა ვიპოვოთ ამ რეაქციის ენთალპია, შემდეგნაირად:
228 + -788 + -858 = - 1418 კჯ/მოლი.
ნაბიჯი 3. ნუ დაივიწყებთ ნიშნის შეცვლას განტოლების შეცვლისას
მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ როდესაც თქვენ იყენებთ ფორმირების ენთალპიას რეაქციის ენთალპიის გამოსათვლელად, თქვენ უნდა შეცვალოთ ფორმირების ენთალპიის ნიშანი, როდესაც თქვენ გადაატრიალებთ ელემენტების რეაქციის განტოლებას. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, თუ თქვენ გადააქცევთ ერთ ან მეტ განტოლებას რეაქციის ფორმირებისათვის ისე, რომ პროდუქტები და რეაქტივები გააუქმებენ ერთმანეთს, შეცვალეთ ფორმირების რეაქციის ენთალპიის ნიშანი, რომელსაც თქვენ ცვლით.
ზემოთ მოყვანილ მაგალითში გაითვალისწინეთ, რომ ფორმირების რეაქცია ჩვენ გამოვიყენეთ C- სთვის2თ5ოჰ თავდაყირა. გ2თ5OH → 2C + 3H2 +0.5O2 აჩვენე გ2თ5OH გაყოფილია, არ არის ჩამოყალიბებული. მას შემდეგ, რაც ჩვენ გადავაბრუნეთ ეს განტოლება ისე, რომ პროდუქტები და რეაქტივები ერთმანეთისგან იშლება, ჩვენ შევცვალეთ ფორმირების ენთალპიის ნიშანი, რომ მივიღოთ 228 კჯ/მოლი. ფაქტობრივად, წარმოქმნის ენთალპია C- სთვის2თ5OH არის -228 კჯ/მოლი.
მე –3 მეთოდი 3 – დან: ექსპერიმენტებში ენთალპიის ცვლილების დაკვირვება
ნაბიჯი 1. მიიღეთ სუფთა კონტეინერი და შეავსეთ იგი წყლით
ენთალპიის პრინციპის დანახვა ადვილია მარტივი ექსპერიმენტით. იმის უზრუნველსაყოფად, რომ თქვენი ექსპერიმენტული რეაქცია არ იყოს დაბინძურებული გარე ნივთიერებებით, გაასუფთავეთ და გაასტერილეთ კონტეინერები, რომელთა გამოყენებასაც აპირებთ. მეცნიერები იყენებენ სპეციალურ დალუქულ კონტეინერებს, სახელწოდებით კალორიმეტრები, ენთალპიის გასაზომად, მაგრამ კარგი შედეგის მიღწევა შეგიძლიათ ნებისმიერი მინის ან პატარა საცდელი მილით. რაც არ უნდა გამოიყენოთ კონტეინერი, შეავსეთ იგი სუფთა, ოთახის ტემპერატურის წყლით. თქვენ ასევე უნდა ჩაატაროთ ექსპერიმენტი ცივ ტემპერატურაზე ოთახში.
ამ ექსპერიმენტისთვის დაგჭირდებათ საკმაოდ პატარა კონტეინერი. ჩვენ განვიხილავთ ალკა-სელცერის ენთალპიური ცვლილების გავლენას წყალზე, ასე რომ რაც უფრო ნაკლებ წყალს იყენებთ, მით უფრო გამოხატული იქნება ტემპერატურის ცვლილება
ნაბიჯი 2. ჩადეთ თერმომეტრი კონტეინერში
აიღეთ თერმომეტრი და ჩადეთ კონტეინერში ისე, რომ თერმომეტრის წვერი იყოს წყლის ქვეშ. წაიკითხეთ წყლის ტემპერატურა - ჩვენი მიზნებისათვის წყლის ტემპერატურა აღინიშნება T1- ით, რეაქციის საწყისი ტემპერატურა.
ვთქვათ, ჩვენ ვზომავთ წყლის ტემპერატურას და შედეგი არის 10 გრადუსი C. რამდენიმე ნაბიჯში ჩვენ გამოვიყენებთ ამ ტემპერატურის მაჩვენებლებს ენთალპიის პრინციპის დასამტკიცებლად
ნაბიჯი 3. დაამატეთ ერთი ალკა-სელცერი კონტეინერში
როდესაც მზად იქნებით ექსპერიმენტის დასაწყებად, ჩააგდეთ ალკა-სელცერი წყალში. თქვენ მაშინვე შეამჩნევთ, რომ მარცვლეული ბუშტუკებს და ყეფს. როდესაც მძივები იხსნება წყალში, ისინი იშლება ქიმიურ ბიკარბონატად (HCO.).3-) და ლიმონმჟავა (რომელიც რეაგირებს წყალბადის იონების სახით, H+). ეს ქიმიკატები რეაგირებენ წყლისა და ნახშირორჟანგის აირის ფორმირებაში 3HCO განტოლებაში3− + 3H+ → 3 სთ2O + 3CO2.
ნაბიჯი 4. გაზომეთ ტემპერატურა რეაქციის დასრულების შემდეგ
უყურეთ რეაქციის მიმდინარეობას - ალკა -სელცერის გრანულები ნელ -ნელა დაიშლება. როგორც კი მარცვლეულის რეაქცია დასრულდება (ან შენელდა), გაზომეთ ტემპერატურა ისევ. წყალი უნდა იყოს უფრო ცივი ვიდრე ადრე. თუ ის უფრო თბილია, ექსპერიმენტს შეიძლება გავლენა იქონიოს გარე ძალებმა (მაგალითად, თუ ოთახში, სადაც თქვენ ხართ თბილი).
ჩვენი ექსპერიმენტული მაგალითისთვის, ვთქვათ, რომ წყლის ტემპერატურა 8 გრადუსია C მას შემდეგ, რაც მარცვლები გაჩერდება
ნაბიჯი 5. შეაფასეთ რეაქციის ენთალპია
იდეალურ ექსპერიმენტში, როდესაც წყალში ჩაყრით ალკა-სელცერის მარცვალს, ის წარმოქმნის წყალს და ნახშირორჟანგის გაზს (გაზი შეიძლება შეინიშნოს როგორც ბუშტუკი) და იწვევს წყლის ტემპერატურის ვარდნას. ამ ინფორმაციის საფუძველზე, ჩვენ ვხვდებით, რომ რეაქცია ენდოთერმულია - ანუ ის შთანთქავს ენერგიას მიმდებარე გარემოდან. დაშლილი თხევადი რეაქტივები საჭიროებს დამატებით ენერგიას აირისებრი პროდუქტის წარმოსაქმნელად, ამიტომ ისინი შთანთქავენ ენერგიას გარედან სითბოს სახით (ამ ექსპერიმენტში, წყალი). ეს იწვევს წყლის ტემპერატურის შემცირებას.
