Ceisteanna Samplacha ag Plé Eintalpacht agus Athruithe Eintalpachta
Is coincheap lárnach i dteirmidinimic cheimiceach é eintalpacht, a bhíonn le fáil go minic i réimsí éagsúla ceimice, ó imoibrithe ceimiceacha go hathruithe céime. San alt seo, déanfaimid athbhreithniú ar roinnt fadhbanna samplacha agus pléifimid eintalpacht agus athruithe eintalpachta chun cabhrú linn an coincheap a thuiscint níos fearr.
Tuiscint ar Eintalpacht
Is é eintalpacht (H) an méid iomlán fuinnimh i gcóras teirmidinimiciúil. Cuimsíonn sé ní hamháin an fuinneamh inmheánach atá stóráilte i gcáithníní ach an fuinneamh a theastaíonn chun spás a chruthú do na cáithníní i dtimpeallacht brú ar leith. Tomhaistear eintalpacht i ngiúil (J) sa Chóras Idirnáisiúnta (SI).
Go matamaiticiúil, sainmhínítear enthalpa mar:
\[H = U + PV \]
Cá háit:
– Is é \(H \) an t-eantalpaíocht
– Is é \(U \) an fuinneamh inmheánach
– Is é \(P \) brú
– Is é \(V \) an toirt
Athrú Eintalpachta
Tarlaíonn athrú eintalpachta (ΔH) nuair a tharlaíonn imoibriú ceimiceach nó próiseas fisiceach. Is féidir an t-athrú eintalpachta seo a shainmhíniú mar an méid teasa a scaoiltear nó a ionsúnn córas ag brú tairiseach. Go matamaiticiúil:
[Delta H = H_{\text{táirge}} – H_{\text{imoibrí}}]
Is imoibrithe iad imoibrithe eisiteirmeacha a scaoileann teas isteach sa chomhshaol, agus sna himoibrithe seo, tá luach diúltach ag ΔH. Idir an dá linn, is imoibriú é imoibriú einditeirmeach a ionsúnn teas ón gcomhshaol, agus sa imoibriú seo, tá luach dearfach ag ΔH.
Ceisteanna Samplacha agus Plé
Ceist Shamplach 1: Athrú in Eintalpacht Dócháin
Ceist:
Is eol go dtáirgeann dóchán iomlán 1 mhóil meatáin (\(CH_4\)) dé-ocsaíd charbóin (\(CO_2\)) agus uisce (\(H_2O\)). Seo a leanas enthalpa sonraí an fhoirmithe:
– (ΔH₂O (l) = -285.8 kJ/mol)
– (ΔH₂f, CO₂(g) = -393.5 kJ/mol)
– (ΔH₂f, CH₄(g) = -74.8 kJ/mol)
Ríomh an t-athrú eintealpa (ΔH) den imoibriú dócháin.
Plé:
Is é imoibriú dócháin meatáin ná:
\[ CH_4 (g) + 2 O_2 (g) \rightarrow CO_2 (g) + 2 H_2O (l) \]
Is féidir athrú eintealpa an imoibrithe (ΔH) a ríomh ag baint úsáide as eintealpa an fhoirmithe:
[ΔH = ΔH₄ táirgí – ΔH₄ imoibritheoirí]
Táirge:
[ΔH₂(CO₂(g)) = -393.5 kJ/mol]
[ΔH₂O(l)) = -285.8 kJ/mol]
Eintalpaíocht iomlán na dtáirgí:
[(-393.5 kJ/mol) + 2 uair (-285.8 kJ/mol) = -393.5 – 571.6 = -965.1 kJ/mol]
Imoibritheoirí:
[ΔH₂(CH₄(g)) = -74.8 kJ/mol]
[ΔH_f(O_2(g)) = 0 kJ/mol]
(Tá entalpacht foirmithe nialasach ag ocsaigin ina staid chaighdeánach.)
Eintalpaíocht iomlán na n-imoibrithe:
[(-74.8 kJ/mol) + 2 uair (0 kJ/mol) = -74.8 kJ/mol]
Mar sin, is é an t-athrú san enthalpa (ΔH) ná:
\[ \Delta H = -965.1 \text{kJ/mol} – (-74.8 \text{kJ/mol}) \]
\[ \Delta H = -965.1 + 74.8 \]
[ΔH = -890.3 kJ/mol]
Mar sin, is é an t-athrú einthalpa le haghaidh dócháin 1 mhóil meatáin ná \(-890.3 \text{kJ/mol}\).
Ceist Shamplach 2: Athruithe Eintalpachta i bPróisis Fhisiceacha
Ceist:
Ríomh an t-athrú einthalpa nuair a leáítear 50 gram d'oighear (\(H_2O_{(s)}\)) ag 0°C in uisce (\(H_2O_{(l)}\)) ag 0°C. Is eol gurb é 6.01 kJ/mol teas leá an oighir (\( ΔH_{\text{fus}} \)) agus gurb é 18 g/mol mais mhólarach an uisce.
Plé:
Is é an chéad chéim líon na mól oighir a ríomh.
\[ \text{Móil oighir} = \frac{50 \text{g}}{18 \text{g/mol}} \approx 2.78 \text{mol} \]
Ansin ríomhaimid an t-athrú enthalpa le haghaidh leá an oighir:
\[ \Delta H = n \cdot \Delta H_{\text{fus}} \]
[ΔH = 2.78 móil 6.01 kJ/mól]
[Delta H thart ar 16.7 kJ]
Mar sin, is é an t-athrú eintealpa nuair a leáítear 50 gram oighir ag 0°C ná thart ar 16.7 kJ. Is próiseas einteirmeach é seo toisc go n-ionsúnn an t-oighear teas chun é a thiontú ina uisce.
Sampla 3: Imoibriú Hess
Ceist:
Bain úsáid as dlí Hess chun an t-athrú eintealpa a chinneadh don imoibriú seo a leanas:
\[ 2 C(graifít) + 3 H_2(g) \rightarrow C_2H_6(g) \]
Tá roinnt imoibrithe ar eolas lena n-athruithe enthalpa faoi seach:
1. C(graifít) + O₂(g) = CO₂(g), ΔH = -393.5 kJ
2. (H₂(g) + ∫[1}{2}O₂(g)] H₂O(l), ΔH = -285.8 kJ)
3. (2 C₃H₆(g) + 7 O₂(g) = 4 CO₃(g) + 6 H₂O(l), ΔH = -3119.6 kJ)
Plé:
Chun an t-athrú eintealpa (ΔH) den imoibriú a ríomh, ní mór dúinn cuid de na himoibrithe a aisiompú agus a iolrú chun an t-imoibriú sprice a mheaitseáil.
Céimeanna:
1. Athraigh an imoibriú \(C_2H_6 \rightarrow 2CO_2 + 3H_2O\):
\[2C_2H_6(g) + 7O_2(g) \rightarrow 4 CO_2(g) + 6H_2O(l), \Delta H = -3119.6 \text{kJ}\]
Imoibrithe droim ar ais agus roinnte:
\[ 4CO_2(g) + 6H_2O(l) \rightarrow 2C_2H_6(g) + 7O_2(g), \Delta H = 3119.6/2 = 1559.8 \text{kJ} \]
2. Imoibriú \(C \rightarrow CO_2\):
[4C(graifít) + 4O_2(g) ≤ 4CO_2(g), ΔH = 4 × -393.5 = -1574 kJ]
3. Imoibriú \(H_2\arrow righteous H_2O\):
\[ 6H_2(g) + 3O_2(g) \rightarrow 6H_2O(l), \Delta H = 6 \times -285.8 = -1714.8 \text{kJ} \]
Ag cur an méid sin go léir le chéile, faighimid:
\[2C(graifít) + 3H_2(g) \rightarrow C_2H_6\]
[ΔH = 1559.8 – 1574 – 1714.8 = -1729 kJ]
Mar sin, is é -1729 kJ an t-athrú eintealpa san imoibriú idir 2 mhól graifíte agus 3 mhól de \(H_2\) go \(C_2H_6(g)\).
Dá bhrí sin, tugann tuiscint ar choincheap na heantalpaíochta agus a chur i bhfeidhm ar chineálacha éagsúla imoibrithe léargas ar an gcaoi a mbíonn fuinneamh i gceist le hathruithe ceimiceacha agus fisiceacha. Is samplaí iad na fadhbanna thuas a úsáidtear go minic sa churaclam chun tuiscint ar na coincheapa seo a threisiú.
