Termokimikako eztabaida-galderen adibidea
Pendahuluan
Termokimika kimikaren adarra da, erreakzio kimikoen eta energia-aldaketen arteko erlazioa aztertzen duena, batez ere bero moduan. Gai garrantzitsua da kimika fisikoan, erreakzio kimikoetan energia nola transferitzen eta eraldatzen den ulertzen laguntzen baitigu. Artikulu honetan, kontzeptu hauek argitzen laguntzeko hainbat termokimika-adibide-problema aztertuko ditugu.
1. galderaren adibidea: Errekuntza-entalpiaren aldaketa
Galdera:
Etanolaren (C2H5OH) errekuntza-entalpia (ΔHc) -1367 kJ/mol da. Zehaztu 2 mol etanol guztiz erretzen direnean askatzen den energia kopurua!
Eztabaida:
Errekuntzaren entalpia-aldaketa (ΔHc) substantzia baten mol bat oxigenoan guztiz erretzen denean askatzen den energia da. Etanolarentzat, ΔHc = -1367 kJ/mol.
2 mol etanol erretzen badira, askatzen den energia kopurua hau da:
\[ \text{Energia askapena} = 2 \, \text{mol} \times (-1367 \, \text{kJ/mol}) \]
\[ \text{Deskarga-energia} = -2734 \, \text{kJ} \]
Beraz, 2 mol etanol guztiz erretzen direnean, askatzen den energia -2734 kJ da.
2. galderaren adibidea: Erreakzio-entalpia kalkulatzea formazio-entalpia datuetatik abiatuta
Galdera:
Erabili ondorengo eraketa-entalpia estandarraren datuak ur-lurrunaren eraketa-entalpia kalkulatzeko:
– ΔH_{f}^{circ}(H_2(g)) = 0 kJ/mol
– ΔH_{f}^(O2(g)) = 0, kJ/mol
– ΔH_{f}^(H2O(g)) = -241.8 kJ/mol
Erreakzioa:
\[ \text{H}_2(g) + \frac{1}{2} \text{O}_2(g) \rightarrow \text{H}_2\text{O}(g) \]
Eztabaida:
Erreakzio-entalpia (\(\Delta H_{\text{rxn}}\)) kalkula daiteke eraketa-entalpia estandarra (\(\Delta H_{\text{f}}^{\circ}\)) erabiliz, formula honen bidez:
\[ \Delta H_{\text{rxn}} = \Sigma \Delta H_{\text{f}}^{\circ} \text{produktua} – \Sigma \Delta H_{\text{f}}^{\circ} \text{erreaktiboak} \]
Erreakzio honetarako:
ΔH_{\text{rxn}} = ΔH_{\text{f}}^{\circ}(\text{H}_2\text{O}(g)) – \left[ ΔH_{\text{f}}^{\circ}(\text{H}_2(g)) + \frac{1}{2} ΔH_{\text{f}}^{\circ}(\text{O}_2(g)) \right] \]
Sartu eraketa-entalpiaren balioa:
\[ ΔH_{\text{rxn}} = -241.8 \, \text{kJ/mol} – \left[ 0 + \frac{1}{2} \times 0 \right] \]
ΔH_{\text{rxn}} = -241.8 \text{kJ/mol}
Beraz, ur-lurrunaren eraketa-entalpia -241.8 kJ/mol da.
3. galderaren adibidea: Hess-en legea
Galdera:
Zehaztu hurrengo erreakzioaren entalpia-aldaketa (\(\Delta H\)):
\[ \text{C(s)} + \frac{1}{2} \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO(g)} \]
Erabili ondorengo datuak:
1. (\(\text{C(s)} + \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) \, \Delta H = -393.5 \text{kJ}\)
2. \(\text{CO(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) \, \Delta H = -283.0 \text{kJ}\)
Eztabaida:
Erabili Hess-en legea, zeinak dioen erreakzio kimiko bat beste erreakzio batzuen batura gisa adieraz badaiteke, orduan erreakzio osoaren entalpia-aldaketa erreakzio horien entalpia-aldaketen batura dela.
1. urratsa: Idatzi erreakzio helburuarekin bat etortzeko alderantzikatu edo aldatu behar den erreakzioa:
– Erreakzioa (1): \(\text{C(s)} + \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) \, \Delta H = -393.5 \, \text{kJ}\)
– (2) erreakzioa: \(\text{CO(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) \, \Delta H = -283.0 \, \text{kJ}\)
2. urratsa: Alderantzizko erreakzioa (2) eta aldatu \(\Delta H\)-ren zeinua:
\[ \text{CO}_2(g) \rightarrow \text{CO(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \, \Delta H = 283.0 \, \text{kJ} \]
3. urratsa: Gehitu (1) erreakzioa eta (2) alderantzizko erreakzioa:
\[ \text{C(s)} + \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) \, \Delta H = -393.5 \, \text{kJ} \]
\[ \text{CO}_2(g) \rightarrow \text{CO(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \, \Delta H = 283.0 \, \text{kJ} \]
4. urratsa: Gehitu bi erreakzioak:
\[ \text{C(s)} + \text{O}_2(g) + \text{CO}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) + \text{CO(g)} + \frac{1}{2} \text{O}_2(g) \]
Sinplifikazio-emaitzak honako hauek dira:
\[ \text{C(s)} + \frac{1}{2} \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO(g)} \]
Entalpia-aldaketa osoa (\(\Delta H\)):
ΔH = -393.5, kJ + 283.0, kJ = -110.5, kJ]
Beraz, erreakzioaren entalpia-aldaketa -110.5 kJ da.
4. galderaren adibidea: Kalorimetria
Galdera:
Kalorimetria esperimentu batean, 50 g ur (c = 4.18 J/g°C) 25 °C-tik 75 °C-ra berotzen dira. Kalkulatu behar den bero kantitatea (q).
Eztabaida:
Ura berotzeko behar den bero kantitatea (q) formula hau erabiliz kalkula daiteke:
q = m ∫c ∫Delta T
– m = uraren masa = 50 g
– c = bero-ahalmen espezifikoa = 4.18 J/g°C
– \(\Delta T = \) tenperaturaren aldaketa \( = 75 °C – 25 °C = 50 °C \)
q = 50, g × 4.18, J/g °C × 50 °C
\[q = 10450\, \text{J}\]
Beraz, 50 g ur 25 °C-tik 75 °C-ra berotzeko behar den bero kantitatea 10450 J da.
Itxiera
Goiko adibide-problemen eztabaidak ikuspegi zehatza eskaintzen du nola aplika daitezkeen kontzeptu termokimikoak erreakzio kimikoekin eta energia-eraldaketarekin lotutako hainbat arazo konpontzeko. Termokimika funtsezkoa da hainbat arlotan, besteak beste, industrian, energian eta ikerketa zientifikoan, erreakzio kimikoetan gertatzen diren energia-eraldaketak ulertzeko eta manipulatzeko aukera ematen baitigu. Termokimika ondo ulertuta, prozesu eraginkorragoak diseinatu eta teknologia berriak, ingurumena errespetatzen dutenak, garatu ditzakegu.
