Esempi di dumande chì discutenu l'entalpia è i cambiamenti d'entalpia
L'entalpia hè un cuncettu chjave in a termodinamica chimica, chì si trova spessu in diversi temi di chimica, da e reazzioni chimiche à i cambiamenti di fase. In questu articulu, esamineremu parechji esempi di prublemi è discuteremu l'entalpia è i cambiamenti d'entalpia per aiutà ci à capisce megliu u cuncettu.
Capiscendu l'entalpia
L'entalpia (H) hè a quantità tutale d'energia in un sistema termodinamicu. Include micca solu l'energia interna immagazzinata in e particelle, ma ancu l'energia necessaria per creà spaziu per e particelle in un ambiente di pressione datu. L'entalpia hè misurata in joule (J) in u Sistema Internaziunale (SI).
Matematicamente, l'entalpia hè definita cum'è:
\[ H = U + PV \]
Induve:
– \(H \) hè l'entalpia
– \(U \) hè l'energia interna
– \(P \) hè a pressione
– \(V \) hè u vulume
Cambiamentu d'entalpia
A variazione d'entalpia (\( \Delta H \)) si verifica quandu si svolge una reazione chimica o un prucessu fisicu. Questa variazione d'entalpia pò esse definita cum'è a quantità di calore liberata o assorbita da un sistema à pressione costante. Matematicamente:
\[ \Delta H = H_{\text{produttu}} – H_{\text{reagente}} \]
E reazzioni esotermiche sò reazzioni chì liberanu calore in l'ambiente, è in queste reazzioni, \(\Delta H\) hè negativu. Intantu, una reazione endotermica hè una reazione chì assorbe u calore da l'ambiente, è in questa reazione, \(\Delta H\) hà un valore pusitivu.
Esempi di dumande è discussione
Esempiu di dumanda 1: Cambiamentu di l'entalpia di combustione
Quistione:
Hè cunnisciutu chì a combustione cumpleta di 1 mole di metanu (\(CH_4\)) produce diossidu di carbonu (\(CO_2\)) è acqua (\(H_2O\)). I dati di entalpia di furmazione sò i seguenti:
– (ΔH_{f, H_2O(l) = -285.8 kJ/mol)
– (ΔH_{f, CO_2 (g) = -393.5 kJ/mol)
– (ΔH_{f, CH_4(g) = -74.8 kJ/mol)
Calcula a variazione di entalpia (ΔH)) di a reazione di combustione.
Discussione:
A reazione di combustione di u metanu hè:
\[ CH_4 (g) + 2 O_2 (g) \rightarrow CO_2 (g) + 2 H_2O (l) \]
A variazione d'entalpia di a reazione (\(ΔH \)) pò esse calculata aduprendu l'entalpia di furmazione:
\[ ΔH = \Sigma \Delta H_f \text{prodotti} – \Sigma \Delta H_f \text{reagenti} \]
Pruduzzione:
ΔH_f (CO_2 (g)) = -393.5 kJ/mol
ΔH_f (H_2O (l)) = -285.8 kJ/mol
Entalpia tutale di i prudutti:
(-393.5 kJ/mol) + 2 × (-285.8 kJ/mol) = -393.5 – 571.6 = -965.1 kJ/mol
Reagenti:
ΔH_f (CH_4 (g)) = -74.8 kJ/mol
ΔH_f (O_2 (g)) = 0 kJ/mol
(L'ossigenu in u so statu standard hà una entalpia di furmazione di zero.)
Entalpia tutale di i reagenti:
\[ (-74.8 \text{kJ/mol}) + 2 \times (0 \text{kJ/mol}) = -74.8 \text{kJ/mol} \]
Cusì, a variazione di entalpia (\( \Delta H \)) hè:
\[ \Delta H = -965.1 \text{kJ/mol} – (-74.8 \text{kJ/mol}) \]
\[ \Delta H = -965.1 + 74.8 \]
ΔH = -890.3 kJ/mol
Cusì, a variazione di entalpia per a combustione di 1 mole di metanu hè \(-890.3 \text{kJ/mol}\).
Esempiu di dumanda 2: Cambiamenti di entalpia in i prucessi fisichi
Quistione:
Calculate a variazione di entalpia quandu 50 grammi di ghjacciu (\(H_2O_{(s)}\)) à 0 °C sò sciolti in acqua (\(H_2O_{(l)}\)) à 0 °C. Si sà chì u calore di fusione di u ghjacciu (\( \Delta H_{\text{fus}} \)) hè 6.01 kJ/mol è a massa molare di l'acqua hè 18 g/mol.
Discussione:
U primu passu hè di calculà u numeru di moli di ghjacciu.
Moli di ghjacciu = 50 g (18 g/mol) circa 2.78 mol
Dopu calculemu a variazione di entalpia per a fusione di u ghjacciu:
\[ ΔH = n ΔH_{\text{fus}} \]
ΔH = 2.78 mol → 6.01 kJ/mol
\[ \Delta H \circa 16.7 \text{kJ} \]
Cusì, a variazione di entalpia quandu si scioglienu 50 grammi di ghiaccio à 0 °C hè di circa 16.7 kJ. Questu hè un prucessu endotermicu perchè u ghiaccio assorbe u calore per trasfurmassi in acqua.
Esempiu 3: Reazione di Hess
Quistione:
Aduprate a lege di Hess per determinà a variazione di entalpia per a seguente reazione:
\[ 2 C(grafite) + 3 H_2(g) \rightarrow C_2H_6(g) \]
Parechje reazzioni sò cunnisciute cù e so rispettive variazioni d'entalpia:
1. \(C(grafite) + O_2(g) \rightarrow CO_2(g), \Delta H = -393.5 \text{kJ} \)
2. (H_2(g) + \frac{1}{2}O_2(g) \rightarrow H_2O(l), ΔH = -285.8 \text{kJ})
3. \( 2 C_2H_6(g) + 7 O_2(g) \rightarrow 4 CO_2(g) + 6 H_2O(l), \Delta H = -3119.6 \text{kJ} \)
Discussione:
Per calculà a variazione d'entalpia (\(ΔH\)) di a reazione, ci vole à inverte è multiplicà alcune di e reazioni per currispundere à a reazione di destinazione.
Passi:
1. Cambià a reazione \(C_2H_6 \rightarrow 2 CO_2 + 3 H_2O\):
\[2C_2H_6(g) + 7O_2(g) \rightarrow 4 CO_2(g) + 6H_2O(l), \Delta H = -3119.6 \text{kJ}\]
Reazzioni inverse è di divisione:
\[ 4CO_2(g) + 6H_2O(l) \rightarrow 2C_2H_6(g) + 7O_2(g), \Delta H = 3119.6/2 = 1559.8 \text{kJ} \]
2. Reazione \(C \rightarrow CO_2\):
4C(grafite) + 4O_2(g) ∫₀ ...
3. Reazione \(H_2\rightarrow H_2O\):
\[ 6H_2(g) + 3O_2(g) \rightarrow 6H_2O(l), \Delta H = 6 \times -285.8 = -1714.8 \text{kJ} \]
Cumbinendu tuttu, ottenemu:
\[2C(grafite) + 3H_2(g) \rightarrow C_2H_6\]
ΔH = 1559.8 – 1574 – 1714.8 = -1729 kJ
Cusì, a variazione di entalpia di a reazione di 2 moli di grafite è 3 moli di \(H_2\) à \(C_2H_6(g)\) hè -1729 kJ.
Cusì, a capiscitura di u cuncettu di entalpia è a so applicazione à diversi tipi di reazzioni furnisce una visione di cumu l'energia hè implicata in i cambiamenti chimichi è fisichi. I prublemi sopra sò alcuni esempi aduprati spessu in u curriculum per rinfurzà a capiscitura di sti cuncetti.
