Entalpiya və Entalpiya Dəyişikliklərini Müzakirə Edən Nümunə Suallar
Entalpiya kimyəvi termodinamikada əsas anlayışlardan biridir və kimyəvi reaksiyalardan faza dəyişikliklərinə qədər müxtəlif kimya mövzularında tez-tez rast gəlinir. Bu məqalədə bir neçə nümunə məsələni nəzərdən keçirəcək və anlayışı daha yaxşı başa düşməyimizə kömək etmək üçün entalpiya və entalpiya dəyişikliklərini müzakirə edəcəyik.
Entalpiyanı Anlamaq
Entalpiya (H) termodinamik sistemdəki ümumi enerji miqdarıdır. Buraya yalnız hissəciklərdə saxlanılan daxili enerji deyil, həm də müəyyən bir təzyiq mühitində hissəciklər üçün yer yaratmaq üçün tələb olunan enerji daxildir. Entalpiya Beynəlxalq Sistemdə (SI) coullarla (J) ölçülür.
Riyazi olaraq, entalpiya aşağıdakı kimi təyin olunur:
\[ H = U + PV \]
Harada:
– \( H \) entalpiyadır
– \( U \) daxili enerjidir
– \( P \) təzyiqdir
– \( V \) həcmdir
Entalpiya Dəyişikliyi
Entalpiya dəyişikliyi (\( \Delta H \)) kimyəvi reaksiya və ya fiziki proses baş verdikdə baş verir. Bu entalpiya dəyişikliyi sabit təzyiqdə sistem tərəfindən buraxılan və ya udulan istilik miqdarı kimi təyin edilə bilər. Riyazi olaraq:
\[ \Delta H = H_{\mətn{məhsul}} – H_{\mətn{reaktiv}} \]
Ekzotermik reaksiyalar ətraf mühitə istilik buraxan reaksiyalardır və bu reaksiyalarda Delta H mənfi olur. Bu arada, endotermik reaksiya ətraf mühitdən istiliyi udan reaksiyadır və bu reaksiyada Delta H müsbət qiymətə malikdir.
Nümunə Suallar və Müzakirə
Nümunə Sual 1: Yanma Entalpiyasının Dəyişikliyi
Sual:
Məlumdur ki, 1 mol metanın (\(CH_4\)) tam yanması karbon qazı (\(CO_2\)) və su (\(H_2O\)) əmələ gətirir. Formalaşma məlumatlarının entalpiyası aşağıdakı kimidir:
– \( \Delta H_{{f, H_2O (l)}} = -285.8 \text{kJ/mol} \)
– \( \Delta H_{{f, CO_2 (g)}} = -393.5 \text{kJ/mol} \)
– \( \Delta H_{{f, CH_4 (g)}} = -74.8 \text{kJ/mol} \)
Yanma reaksiyasının entalpiya dəyişikliyini (\( \Delta H \)) hesablayın.
Müzakirə:
Metanın yanma reaksiyası belədir:
\[ CH_4 (g) + 2 O_2 (g) \sağ arrow CO_2 (g) + 2 H_2O (l) \]
Reaksiyanın entalpiya dəyişikliyi (\( \Delta H \)) əmələ gəlmə entalpiyasından istifadə etməklə hesablana bilər:
\[ \Delta H = \Sigma \Delta H_f \mətn{məhsullar} – \Sigma \Delta H_f \mətn{reaktivlər} \]
Məhsul:
\[ \Delta H_f (CO_2 (g)) = -393.5 \text{kJ/mol} \]
\[ \Delta H_f (H_2O (l)) = -285.8 \text{kJ/mol} \]
Məhsulların ümumi entalpiyası:
\[ (-393.5 \text{kJ/mol}) + 2\times(-285.8 \text{kJ/mol}) = -393.5 – 571.6 = -965.1 \text{kJ/mol} \]
Reaktivlər:
\[ \Delta H_f (CH_4 (g)) = -74.8 \text{kJ/mol} \]
\[ \Delta H_f (O_2 (g)) = 0 \text{kJ/mol} \]
(Standart vəziyyətdə oksigenin əmələ gəlmə entalpiyası sıfıra bərabərdir.)
Reaktivlərin ümumi entalpiyası:
\[ (-74.8 \text{kJ/mol}) + 2\times(0 \text{kJ/mol}) = -74.8 \text{kJ/mol} \]
Beləliklə, entalpiyada (\( \Delta H \)) dəyişiklik belədir:
\[ \Delta H = -965.1 \text{kJ/mol} – (-74.8 \text{kJ/mol}) \]
\[ \Delta H = -965.1 + 74.8 \]
\[ \Delta H = -890.3 \text{kJ/mol} \]
Beləliklə, 1 mol metanın yanması üçün entalpiya dəyişikliyi \(-890.3 \text{kJ/mol}\)-dir.
Nümunə Sual 2: Fiziki Proseslərdə Entalpiya Dəyişiklikləri
Sual:
0°C-də 50 qram buz (\(H_2O_{(s)}) əridildikdə entalpiya dəyişikliyini hesablayın. Məlumdur ki, buzun (\( \Delta H_{\text{fus}} \)) ərimə istiliyi 6.01 kJ/mol, suyun molar kütləsi isə 18 q/mol-dur.
Müzakirə:
İlk addım buz mollarının sayını hesablamaqdır.
\[ \text{Buz Molları} = \frac{50 \text{g}}{18 \text{g/mol}} \təxminən 2.78 \text{mol} \]
Daha sonra buzun əriməsi üçün entalpiya dəyişikliyini hesablayırıq:
\[ \Delta H = n \cdot \Delta H_{\text{fus}} \]
\[ \Delta H = 2.78 \text{mol} \cdot 6.01 \text{kJ/mol} \]
\[ \Delta H \təxminən 16.7 \text{kJ} \]
Beləliklə, 0°C-də 50 qram buzu əridərkən entalpiya dəyişikliyi təxminən 16.7 kJ-dir. Bu, endotermik bir prosesdir, çünki buz istiliyi udur və suya çevrilir.
Nümunə 3: Hess Reaksiyası
Sual:
Aşağıdakı reaksiya üçün entalpiya dəyişikliyini təyin etmək üçün Hess qanunundan istifadə edin:
\[ 2 C(qrafit) + 3 H_2(g) \rightarrow C_2H_6(g) \]
Müvafiq entalpiya dəyişiklikləri ilə bir neçə reaksiya məlumdur:
1. \( C(qrafit) + O_2(g) \rightarrow CO_2(g), \Delta H = -393.5 \text{kJ} \)
2. \( H_2(g) + \frac{1}{2}O_2(g) \rightarrow H_2O(l), \Delta H = -285.8 \text{kJ} \)
3. \( 2 C_2H_6(g) + 7 O_2(g) \rightarrow 4 CO_2(g) + 6 H_2O(l), \Delta H = -3119.6 \text{kJ} \)
Müzakirə:
Reaksiyanın entalpiya dəyişikliyini (\( \Delta H \)) hesablamaq üçün hədəf reaksiyaya uyğunlaşmaq üçün bəzi reaksiyaları tərsinə çevirib vurmalıyıq.
Addımlar:
1. Reaksiyanı dəyişdirin \(C_2H_6 \rightarrow 2 CO_2 + 3 H_2O\):
\[2C_2H_6(g) + 7O_2(g) \sağ ox 4 CO_2(g) + 6H_2O(l), \Delta H = -3119.6 \text{kJ}\]
Reaksiyaları tərsinə çevirin və bölün:
\[ 4CO_2(g) + 6H_2O(l) \sağ ox 2C_2H_6(g) + 7O_2(g), \Delta H = 3119.6/2 = 1559.8 \mətn{kJ} \]
2. Reaksiya \(C \rightarrow CO_2\):
\[ 4C(qrafit) + 4O_2(g) \rightarrow 4CO_2(g), \Delta H = 4 \times -393.5 = -1574 \text{kJ} \]
3. Reaksiya \(H_2\rightarrow H_2O\):
\[ 6H_2(g) + 3O_2(g) \sağ ox 6H_2O(l), \Delta H = 6 \dəfə -285.8 = -1714.8 \text{kJ} \]
Hamısını birləşdirərək əldə edirik:
\[2C(qrafit) + 3H_2(g) \sağ ox C_2H_6\]
\[ \Delta H = 1559.8 – 1574 – 1714.8 = -1729 \text{kJ}\]
Beləliklə, 2 mol qrafit və 3 mol qrafitin �(H_2\)-ə �(C_2H_6(g)\) reaksiyasının entalpiya dəyişikliyi -1729 kJ-dir.
Beləliklə, entalpiya anlayışını və onun müxtəlif reaksiya növlərinə tətbiqini anlamaq, enerjinin kimyəvi və fiziki dəyişikliklərdə necə iştirak etdiyini anlamağa imkan verir. Yuxarıdakı problemlər, bu anlayışların başa düşülməsini gücləndirmək üçün tədris planında tez-tez istifadə edilən bəzi nümunələrdir.
