De enthalpie van formatie is de verandering die enthalpie ondergaat bij de vorming van een mol van een verbinding of stof onder standaardomstandigheden. De standaard drukconditie wordt geacht te zijn wanneer de formatiereactie wordt uitgevoerd bij atmosferische druk van één atmosfeer en bij een kamertemperatuur van 25 graden Celsius of 298,15 Kelvin..
De normale toestand van reactieve elementen in een formatiereactie verwijst naar de meest voorkomende aggregatietoestand (vast, vloeibaar of gasvormig) van deze stoffen onder standaardomstandigheden van druk en temperatuur..
Normale toestand verwijst ook naar de meest stabiele allotrope vorm van deze reactieve elementen onder standaard reactieomstandigheden..
De enthalpie H is een thermodynamische functie die wordt gedefinieerd als de interne energie U plus het product van de druk P en het volume V van de stoffen die deelnemen aan de chemische reactie van de vorming van een stofmol:
H = U + P ∙ V
Enthalpie heeft energiedimensies en in het internationale meetsysteem wordt het gemeten in joules.
Artikel index
Het symbool voor enthalpie is H, maar in het specifieke geval van vormingsenthalpie wordt het aangeduid met ΔH0f om aan te geven dat het verwijst naar de verandering die wordt ervaren door deze thermodynamische functie in de reactie van de vorming van een mol van een bepaalde verbinding onder standaardomstandigheden..
In de notatie geeft het superscript 0 de standaardcondities aan, en het subscript f verwijst naar de vorming van een mol stof uitgaande van de reactanten in de aggregatietoestand en de meest stabiele allotrope vorm van de reactanten onder de standaardomstandigheden..
De eerste wet stelt dat de warmte die wordt uitgewisseld in een thermodynamisch proces gelijk is aan de variatie van de interne energie van de stoffen die bij het proces betrokken zijn, plus het werk dat deze stoffen in het proces doen:
Q = ΔU + W
In het onderhavige geval wordt de reactie uitgevoerd bij constante druk, in het bijzonder bij een druk van één atmosfeer, dus het werk zal het product zijn van de druk en de volumeverandering.
Dan is de vormingswarmte van een bepaalde verbinding die we zullen aanduiden met Q0f als volgt gerelateerd aan de verandering in interne energie en in volume:
Q0f = ΔU + P ΔV
Maar als we de definitie van standaardenthalpie onthouden, hebben we:
Q0f = ΔH0f
Deze uitdrukking betekent niet dat de vormingswarmte en de vormingsenthalpie hetzelfde zijn. De juiste interpretatie is dat de warmte die tijdens de formatiereactie werd uitgewisseld, een verandering veroorzaakte in de entropie van de gevormde stof ten opzichte van de reactanten onder standaardomstandigheden..
Aan de andere kant, aangezien enthalpie een uitgebreide thermodynamische functie is, verwijst de vormingswarmte altijd naar één mol van de gevormde verbinding..
Als de formatiereactie exotherm is, is de formatie-enthalpie negatief.
Als de formatiereactie daarentegen endotherm is, is de formatie-enthalpie positief..
In een thermochemische formatievergelijking moeten niet alleen de reactanten en producten worden aangegeven. In de eerste plaats is het noodzakelijk dat de chemische vergelijking zo wordt uitgebalanceerd dat de hoeveelheid van de gevormde verbinding altijd 1 mol is.
Aan de andere kant moet de aggregatietoestand van reactanten en producten in de chemische vergelijking worden aangegeven. Indien nodig moet ook de allotrope vorm ervan worden aangegeven, aangezien de vormingswarmte van al deze factoren afhangt..
In een thermochemische formatievergelijking moet ook de formatie-enthalpie worden aangegeven.
Laten we eens kijken naar enkele voorbeelden van goed geformuleerde thermochemische vergelijkingen:
H2 (g) + ½ O2 (g) → H20 (g); ΔH0f = -241,9 kJ / mol
H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O (l); ΔH0f = -285,8 kJ / mol
H2 (g) + ½ O2 (g) → H20 (s); ΔH0f = -292,6 kJ / mol
- Ze zijn allemaal uitgebalanceerd op basis van de vorming van 1 mol product.
- De aggregatiestatus van de reagentia en het product wordt aangegeven.
- De vormingsenthalpie wordt aangegeven.
Merk op dat de vormingsenthalpie afhangt van de aggregatietoestand van het product. Van de drie reacties is de tweede onder standaardomstandigheden de meest stabiele.
Aangezien het bij een chemische reactie en in het bijzonder bij een formatiereactie om de entropieverandering gaat en niet om de entropie zelf, is men het erover eens dat zuivere elementen in hun moleculaire vorm en staat van natuurlijke aggregatie onder standaardomstandigheden formatie-entropie hebben. Null.
Hier zijn enkele voorbeelden:
02 (g); ΔH0f = 0 kJ / mol
Cl2 (g); ΔH0f = 0 kJ / mol
Na (s); ΔH0f = 0 kJ / mol
C (grafiet); ΔH0f = 0 kJ / mol
Wetende dat het voor de vorming van etheen (C2H4) vereist is om 52 kJ warmte voor elke mol te leveren en dat de reactanten ervan waterstof en grafiet zijn, schrijf dan de thermochemische vergelijking voor de vorming van etheen.
Eerst verhogen we de chemische vergelijking en balanceren we deze op basis van één mol etheen.
Vervolgens houden we er rekening mee dat het nodig is om warmte te leveren om de formatiereactie te laten plaatsvinden, wat aangeeft dat het een endotherme reactie is en daarom is de formatie-entropie positief..
2 C (vast grafiet) + 2 H2 (gas) → C2H4 (gas); ΔH0f = +52 kJ / mol
Onder standaardomstandigheden worden waterstof en zuurstof gemengd in een container van 5 liter. Zuurstof en waterstof reageren volledig zonder een van de reactanten om waterstofperoxide te vormen. Bij de reactie kwam 38,35 kJ warmte vrij in de omgeving.
Geef de chemische en thermochemische vergelijking. Bereken de entropie van de vorming van waterstofperoxide.
De waterstofperoxidevormingsreactie is:
H2 (gas) + O2 (gas) → H2O2 (vloeistof)
Merk op dat de vergelijking al in evenwicht is op basis van één mol product. Dat wil zeggen, er is één mol waterstof en één mol zuurstof nodig om één mol waterstofperoxide te produceren..
Maar de probleemstelling vertelt ons dat waterstof en zuurstof worden gemengd in een container van 5 liter onder standaardomstandigheden, dus we weten dat elk van de gassen 5 liter inneemt.
Aan de andere kant, de standaardomstandigheden gemiddelde druk van 1 atm = 1,013 x 10⁵ Pa en temperatuur van 25 ° C = 298,15 K.
Onder standaardomstandigheden zal 1 mol ideaal gas 24,47 L innemen, zoals kan worden geverifieerd uit de volgende berekening:
V = (1 mol * 8,3145 J / (mol * K) * 298,15 K) / 1,03 x 10⁵ Pa = 0,02447 m³ = 24,47 L.
Aangezien 5 L beschikbaar is, wordt het aantal mol van elk van de gassen gegeven door:
5 liter / 24,47 liter / mol = 0,204 mol van elk van de gassen.
Volgens de uitgebalanceerde chemische vergelijking wordt 0,204 mol waterstofperoxide gevormd, waarbij 38,35 kJ warmte aan de omgeving vrijkomt. Dat wil zeggen, om één mol peroxide te vormen, is 38,35 kJ / 0,204 mol = 188 kJ / mol vereist.
Omdat tijdens de reactie warmte in de omgeving vrijkomt, is de vormingsenthalpie negatief. Resulterend tenslotte de volgende thermochemische vergelijking:
H2 (gas) + O2 (gas) → H2O2 (vloeistof); ΔH0f = -188 kJ / mol
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.