Baldintza estandarretan entalpia aldaketak eztabaidatzen dituzten galdera-adibideak
Pendahuluan
Entalpia-aldaketa termokimikan oinarrizko kontzeptua da, hainbat prozesu kimikotan funtsezko zeregina duena. Artikulu honetan, xehetasunez aztertuko dugu nola kalkulatu eta ulertu entalpia-aldaketa baldintza estandarretan, hainbat adibide-problema eta eztabaida zabalen bidez. Artikulu hau baliagarria izango da ikasleentzat, unibertsitateko ikasleentzat eta kimika ikasten ari den edonorentzat gai hau hobeto ulertzeko.
Entalpia eta haren aldaketak ulertzea
Entalpia (H) sistema baten energia osoa da, barne-energiaz eta presioarekin eta bolumenarekin lotutako energiaz osatua. Erreakzio kimikoen kasuan, askotan entalpia-aldaketa (ΔH) interesatzen zaigu, erreakzioan presio konstantean gertatzen den energia-aldaketa osoa islatzen duena.
Baldintza estandarretan gertatzen den entalpia-aldaketa (ΔH⁰) erreaktibo eta produktu guztiak beren egoera estandarretan daudenean gertatzen den entalpia-aldaketa da, hau da, 1 atm-ko presioan eta normalean 25 °C-ko (298 K) tenperaturan.
Galdera eta eztabaida adibideak
1. galdera: Metanoaren errekuntza
Galdera: Kalkulatu metano mol 1aren (\(CH_4\)) errekuntzarako entalpia aldaketa estandarra (ΔH⁰) hurrengo ekuazioaren arabera:
\[ CH_4(g) + 2O_2(g) \rightarrow CO_2(g) + 2H_2O(l) \]
Jakina da:
– ΔH⁰f \(CH_4(g)\) = -74.8 kJ/mol
– ΔH⁰f \(CO_2(g)\) = -393.5 kJ/mol
– ΔH⁰f \(H_2O(l)\) = -285.8 kJ/mol
Eztabaida:
Erreakzio kimiko baten entalpia-aldaketa estandarra Hess-en legea erabiliz kalkula daiteke, formula honen bidez:
\[ \Delta H⁰ = ∑ ΔH⁰f(produktua) – ∑ ΔH⁰f(erreaktibo) \]
Lehenik eta behin, identifikatu erreakzioko substantzia bakoitzaren eraketa-entalpia estandarra:
– (ΔH⁰f_{CH_4(g)} = -74.8 kJ/mol)
– (ΔH⁰f_{CO_2(g)} = -393.5 kJ/mol)
– \( ΔH⁰f_{H_2O(l)} = -285.8 \) kJ/mol (×2 bi mol \(H_2O\)rako)
Ondoren, kalkulatu produktuen eta erreaktiboen eraketa-entalpiei buruzko batura:
\[ ∑ ΔH⁰f(produktua) = [-393.5] + [2(-285.8)]
= -393.5 + (-571.6)
= -965.1 kJ/mol
\[ ∑ ΔH⁰f(erreaktibo) = [-74.8] + [0] \]
(Oinarrizko forman dauden konposatu elemental guztiek 0 kJ/mol-ko eraketa-entalpia estandarra dute)
Ondoren, kalkulatu entalpia-aldaketa estandarra (ΔH⁰):
\[ΔH⁰ = -965.1 – (-74.8)]
= -965.1 + 74.8
= -890.3 kJ/mol
Beraz, metano mol 1aren errekuntzarako entalpia aldaketa estandarra -890.3 kJ/mol da.
2. galdera: Uraren eraketa-erreakzioa
Galdera: Kalkulatu hidrogenotik eta oxigenotik ura eratzeko entalpia-aldaketa estandarra (ΔH⁰) hurrengo ekuazioaren arabera:
\[ 2H_2(g) + O_2(g) \rightarrow 2H_2O(l) \]
Jakina da:
– ΔH⁰f \(H_2O(l)\) = -285.8 kJ/mol
Eztabaida:
Hasierako substantzietatik nahi diren produktuetara erreakzio baten entalpia-aldaketa estandarra aurkitu behar dugu. Formazio-entalpia estandarra erabiliz:
\[ ΔH⁰ = ∑ ΔH⁰f(produktua) – ∑ ΔH⁰f(erreaktibo) \]
Kalkulatu produktuen eta erreaktiboen eraketa-entalpia:
\[
\begin{lerrokatu}
∑ ΔH⁰f(biderkadura) & = [2(-285.8)] \\
∑ ΔH⁰f(produktua) & = -571.6 \text{ kJ/mol}
\end{lerrokatu}
\]
\[
ΔH⁰f(H_2(g)) = 0 kJ/mol
ΔH⁰f(O_2(g)) = 0 \text{ kJ/mol} \\
∑ ΔH⁰f(erreaktiboak) = [2(0)] + [0] = 0 \text{ kJ/mol}
\]
Ondoren, kalkulatu entalpia-aldaketa estandarra (ΔH⁰):
\[ ΔH⁰ = -571.6 \text{ kJ/mol} \]
Beraz, ura eratzeko entalpia-aldaketa estandarra -571.6 kJ/mol da.
3. galdera: Nitrogeno dioxidoaren deskonposizioa
Galdera: Kalkulatu nitrogeno dioxidoaren (\(NO_2\)) deskonposizioaren entalpia-aldaketa estandarra (ΔH⁰) nitrogeno monoxido gasean (\(NO\)) eta oxigeno gasean (O₂) deskonposatzeko, hurrengo ekuazioaren arabera:
\[ 2NO_2(g) \rightarrow 2NO(g) + O_2(g) \]
Jakina da:
– ΔH⁰f \(NO_2(g)\) = 33.2 kJ/mol
– ΔH⁰f \(NO(g)\) = 90.3 kJ/mol
Eztabaida:
Kalkulu antzekoak:
\[ ΔH⁰ = ∑ ΔH⁰f(produktua) – ∑ ΔH⁰f(erreaktibo) \]
Kalkulatu produktuaren eraketa-entalpia:
\[
\begin{lerrokatu}
∑ ΔH⁰f(produktua) & = [2(ΔH⁰f_{NO(g)} )] + [ ΔH⁰f_{O_2(g)}] \\
& = [2(90.3)] + [0] \\
& = 180.6 \text{ kJ/mol}
\end{lerrokatu}
\]
Kalkulatu erreaktiboen eraketa-entalpia:
\[
\begin{lerrokatu}
∑ ΔH⁰f(erreaktibo) & = [2(ΔH⁰f_{NO_2(g)} )] \\
& = [2(33.2)] \\
& = 66.4 \text{ kJ/mol}
\end{lerrokatu}
\]
Kalkulatu entalpia-aldaketa estandarra (ΔH⁰):
\[ ΔH⁰ = 180.6 – 66.4 = 114.2 \text{ kJ/mol} \]
Beraz, nitrogeno dioxidoaren deskonposiziorako entalpia-aldaketa estandarra 114.2 kJ/mol da.
Ondorioa
Entalpia-aldaketa estandarrak (ΔH⁰) kalkulatzea funtsezko teknika da termokimikan. Formazio-entalpia estandarrak nola erabili eta Hess-en legea nola aplikatu ulertuz, hainbat erreakzio kimikotan dauden energia-aldaketak zehaztu ditzakegu. Goiko adibide-problemen bidez, irakurleek hainbat erreakzio kimikoren entalpia-aldaketak kalkulatzeko gaitasuna eta ezagutza lortzea espero da. Ezagutza hau ez da garrantzitsua ikasketa akademikoetarako bakarrik, baita hainbat aplikazio industrial eta ikerketa zientifikoetarako ere.
