Ceisteanna Samplacha agus Plé ar Chothromóidí Teirmiceimiceacha
Is brainse den cheimic í an teirmiceimic a dhéanann staidéar ar na hathruithe fuinnimh a tharlaíonn le linn imoibrithe ceimiceacha, go háirithe aistriú teasa. Baineann an teirmiceimic le coincheapa ar nós eintealaipe, eintrópachta, agus fuinneamh saor Gibbs, a úsáidtear chun treo agus spontáineacht imoibrithe a thuar. San alt seo, déanfaimid iniúchadh ar roinnt fadhbanna samplacha agus pléifimid cothromóidí teirmiceimiceacha.
Coincheapa Bunúsacha na Teirmiceimice
Sula dtéann tú isteach sna ceisteanna samplacha agus sa phlé a dhéantar orthu, tá sé tábhachtach roinnt coincheapa bunúsacha teirmea-cheimice a bheith ar eolas agat:
1. Eintalpacht (H): Is foirm fuinnimh í an eintalpacht i gcóras a thomhaistear faoi choinníollacha brú tairiseach. Is féidir an t-athrú san eintalpacht (ΔH) a chur in iúl mar:
[Delta H = H_{táirge} – H_{imoibrí}]
2. Imoibrithe Eindteirmeacha agus Eisiteirmeacha:
– Is imoibrithe iad imoibrithe eisiteirmeacha a scaoileann teas isteach sa chomhshaol (ΔH < 0)). - Is imoibrithe iad imoibrithe einteirmeacha a ionsúnn teas ón gcomhshaol (ΔH > 0)).
3. Dlí Hess: Deir Dlí Hess go bhfuil an t-athrú iomlán eintealaipe i gcás imoibrithe ceimicigh mar an gcéanna cibé acu a tharlaíonn an t-imoibriú in aon chéim amháin nó i roinnt céimeanna. Is féidir é a rá mar seo a leanas:
[\Delta H_{iomlán} = \Delta H_1 + \Delta H_2 + … + \Delta H_n \]
Ceisteanna Samplacha agus Plé
Ceist Shamplach 1: Athrú Eintalpachta a Ríomh
Agus na frithghníomhartha seo a leanas á gcur san áireamh:
\[ 2H_2(g) + O_2(g) \ rightarrow 2H_2O(l) \]
Más eol gurb é -285.8 kJ/mol an t-athrú eintealpa foirmithe (ΔH_f) d'uisce. Ríomh an t-athrú eintealpa iomlán don imoibriú.
Plé:
Is féidir an t-athrú eintealpa imoibrithe (\( \DeltaH_{imoibriú} \)) a ríomh trí úsáid a bhaint as an athrú eintealpa a bhaineann le foirmiú na dtáirgí agus na n-imoibrithe.
Is eol:
– [ΔH_f(H_2O(l)) = -285.8 kJ/mol]
Ós rud é go bhfoirmítear dhá mhól uisce, is é an t-athrú iomlán eintealpa san imoibriú ná:
[Imoibriú Delta H = 2(-285.8 kJ/mol)]
[Imoibriú Delta H = -571.6 kJ]
Mar sin, is é -571.6 kJ an t-athrú iomlán eintealpachta don imoibriú seo. Tá an t-imoibriú seo eisiteirmeach mar go bhfuil ΔH diúltach.
Ceist Shamplach 2: Úsáid Dhlí Hess
Agus na frithghníomhartha seo a leanas á gcur san áireamh:
[C(s) + O₂(g) ∫CO₂(g) ∫spás{2mm} (1)]
[C(s) + 1/2 O_²(g) \rightarrow CO(g) \hspace{2mm} \text{(2)} \]
[CO(g) + 1/2 O₂(g) ∫CO₂(g) ∫space{2mm} (3)]
Is eol:
– (Delta H1 = -393.5 kJ)
– (Delta H2 = -110.5 kJ)
Ríomh an t-athrú eintealaipe don imoibriú (3).
Plé:
Bain úsáid as Dlí Hess chun an t-athrú eintealpachta a chinneadh don imoibriú (3). Tabhair faoi deara gur féidir imoibriú (3) a bheith comhdhéanta d'imoibrithe (1) agus (2):
Imoibriú (3): CO(g) + 1/2 O_2(g) \rightarrow CO_2(g) \]
Imoibriú inbhéartaithe (2) chun Dlí Hess a úsáid:
[CO₂(g)₀ C(s) + O₂(g)₂hspace{2mm} (inbhéartach 1), ΔH = +393.5 kJ]
[C(s) + 1/2 O_2(g) CO(g) hspace{2mm} (2), ΔH = -110.5 kJ]
Anois cuir na frithghníomhartha le chéile:
[CO₂(g) ∫C(s) + O₂(g) + 1/2 O₂(g) ∫CO(g) + 1/2 O₂(g) ]
[CO₂(g) ∫C(s) + O₂(g) ∫CO(g) + 1/2 O₂(g) ]
Cuir na hathruithe enthalpa le chéile:
[Imoibriú Delta H = 393.5 – 110.5 kJ]
[Imoibriú Delta H = 283.0 kJ]
Mar sin, i gcás an imoibrithe \(CO(g) + 1/2 O_2(g) \rightarrow CO_2(g) \), is é -283.0 kJ an t-athrú einthalpa.
Ceist Shamplach 3: Imoibriú Calraiméadair
Agus 100 mL d'aigéad hidreaclórach (HCl) 1.0 M agus 100 mL de hiodrocsaíd sóidiam (NaOH) 1.0 M á gcur san áireamh, nuair a mheasctar an dá rud i gcalraiméadar, ardaíonn an teocht ó 25.0 °C go 31.0 °C. Más é 4.18 J/g°C cumas teasa an tuaslagáin uiscí agus más é 1.0 g/mL dlús an tuaslagáin, ríomh an t-athrú eintealpa neodraithe.
Plé:
Céimeanna:
1. Ríomh mais an tuaslagáin:
\[ \text{Toirt iomlán} = 100 \text{ mL} + 100 \text{ mL} = 200 \text{ mL} \]
\[ \text{Mais} = 200 \text{ g} \] (toisc go bhfuil dlús an tuaslagáin 1 g/mL)
2. Ríomh an t-athrú teochta:
[ΔT = 31.0 °C – 25.0 °C = 6.0 °C]
3. Ríomh an fuinneamh a ionsúitear ag an tuaslagán:
[q = m ⋅c ⋅DeltaT]
[q = 200 g × 4.18 J/g°C × 6.0 °C]
\[ q = 5016 \téacs{ J} \]
[q = 5.016 kJ]
4. Ríomh an t-athrú eintealpa:
[ΔH = \frac{q_{tuaslagán}}{\text{mol HCl}]
Ag cur san áireamh go bhfuil na móil HCl agus NaOH mar an gcéanna:
\[ \text{Móil HCl} = 1.0 \text{ M} \times 0.100 \text{ L} = 0.100 \text{ móil} \]
[ΔH = 5.016 kJ/0.100 mol]
[ΔH = -50.16 kJ/mol]
Dá bhrí sin, is é -50.16 kJ/mol an t-athrú einthalpa le haghaidh neodrú HCl agus NaOH, rud a léiríonn imoibriú eisiteirmeach.
Conclúid
Is brainse ríthábhachtach den cheimic í an teirmiceimic a chabhraíonn linn tuiscint a fháil ar an gcaoi a ndéantar fuinneamh a chlaochlú agus a thiontú in imoibrithe ceimiceacha. Trí thuiscint a fháil ar choincheapa bunúsacha cosúil le heantalpaíocht agus dlí Hess, agus a bheith in ann iad a chur i bhfeidhm ar fhadhbanna praiticiúla, is féidir linn na hathruithe fuinnimh a tharlaíonn in imoibrithe ceimiceacha éagsúla a thuar. Tá roinnt fadhbanna samplacha curtha i láthair san alt seo a chuideoidh le do thuiscint ar chothromóidí teirmiceimiceacha a neartú, tá súil againn.
