Eisimpleirean de Cheistean a’ Deasbad Lagh Hess
Pendahuuan
’S e Lagh Hess, air ainmeachadh às dèidh a’ cheimigear Ruiseanach Germain Henri Hess, aon de na prionnsapalan bunaiteach ann an teirmeadainimigs cheimigeach a tha a’ buntainn ri lùth ath-bheachdan ceimigeach. Tha an lagh seo ag ràdh nach eil an ìre iomlan de theas (lùth) a thèid a thoirt a-mach no a ghabhail a-steach ann an ath-bhualadh ceimigeach an urra ris an t-slighe a thèid a ghabhail ach dìreach air na suidheachaidhean tùsail agus deireannach den t-siostam. Tha am prionnsapal bunaiteach seo glè fheumail ann a bhith a’ tomhas an atharrachadh enthalpy (ΔH) de ath-bheachdan a tha duilich a thomhas gu dìreach.
Tha Lagh Hess deatamach oir leigidh e leinn enthalpy àbhaisteach cruthachaidh no atharrachadh enthalpy ath-bhualadh aithnichte eile a chleachdadh gus atharrachadh enthalpy ath-bhualadh targaid nach eil furasta a thomhas a lorg. San artaigil seo, coimheadaidh sinn air grunn eisimpleirean de dhuilgheadasan agus bruidhnidh sinn air mar a chuireas sinn Lagh Hess an sàs.
Teòiridh bhunasach
Faodar lagh Hess a chur an cèill ann an cruth matamataigeach mar a leanas:
Ma ghabhas ath-bhualadh ceimigeach a chur an cèill ann an grunn ìrean, is e an t-atharrachadh enthalpy iomlan (ΔH_total) suim nan atharrachaidhean enthalpy (ΔH) aig gach ìre. Gu matamataigeach, tha e air a chur ri chèile mar:
ΔH_iomlan = Σ ΔH_ìre
Tha seo a’ ciallachadh gun urrainn dhut enthalpy ath-bhualadh mar seo a lorg:
“`
Ath-bhualadh A → Toradh
|
ΔH1
Ath-bhualadh B → Toradh
|
ΔH2
An uairsin, ΔH_iomlan (A → Toradh) = ΔH1 + ΔH2
“`
Mus tèid sinn a-steach do na ceistean eisimpleireach, tha grunn theirmean ann a dh’ fheumar a thuigsinn:
1. Eintalpachd (H): Tomhas de lùth iomlan siostam fo chuideam cunbhalach.
2. ΔH (Atharrachadh entalpy): Atharrachadh ann an entalpy eadar luchd-reactant agus toraidhean.
3. Enthalpaidh Àbhaisteach Cruthachaidh (ΔHf°): An t-atharrachadh ann an enthalpaidh nuair a thèid aon mhòl de cho-thàth a chruthachadh bho na eileamaidean aige ann an staidean àbhaisteach.
Ceistean Eisimpleir agus Deasbad
Eisimpleir Ceist 1: Cleachdadh Enthalpy Cruthachaidh
Ceist:
Obraich a-mach enthalpy ath-bhualadh airson losgadh meatàin (CH₄) stèidhichte air an dàta àbhaisteach a leanas mu atharrachadh enthalpy cruthachaidh:
– ΔHf° (CO₂(g)) = -393.5 kJ/mol
– ΔHf° (H₂O(l)) = -285.8 kJ/mol
– ΔHf° (CH₄(g)) = -74.8 kJ/mol
– ΔHf° (O₂(g)) = 0 kJ/mol (leis gu bheil enthalpy cruthachaidh de 0 aig gas ocsaidean na staid àbhaisteach)
Freagairt losgaidh meatàin:
CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l)
Deasbad:
1. Sgrìobh an ath-bhualadh coitcheann agus entalpaidh a’ chruthachaidh:
\[
ΔH_{ath-bhualadh} = ∑ΔH_{toradh} – ∑ΔH_{ath-bhualadh}
\]
2. Cuir an entalpaidh àbhaisteach de luachan cruthachaidh an àite a’ cho-aontar:
\[
ΔH_{ath-bhualadh} = [ΔHf° (CO₂) + 2 ΔHf° (H₂O)] – [ΔHf°(CH₄) + 2 ΔHf°(O₂)]
\]
3. Cuir na luachan aithnichte an àite:
\[
ΔH_{ath-bhualadh} = [(-393.5) + 2 (-285.8)] – [(-74.8) + 2 (0)]
\]
4. Àireamhachadh mionaideach:
\[
ΔH_{ath-bhualadh} = [-393.5 + (-571.6)] – [-74.8 + 0]
\]
\[
ΔH_{ath-bhualadh} = -965.1 + 74.8
\]
\[
ΔH_{ath-bhualadh} = -890.3 kJ/mol
\]
Mar sin, is e -890.3 kJ/mol an t-atharrachadh entalpaidh airson ath-bhualadh losgaidh meatàin. Tha luach àicheil a’ comharrachadh gu bheil an ath-bhualadh eisitearmach (a’ leigeil a-mach lùth).
Eisimpleir de Dhuilgheadas 2: A’ cleachdadh Ath-bheachdan Tùsail
Ceist:
Obraich a-mach entalpaidh an ath-bhualaidh airson an ath-bhualaidh a leanas:
N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g)
Air a thoirt seachad trì ath-bheachdan agus atharrachaidhean enthalpy mar a leanas:
1. N₂(g) + O₂(g) → 2NO(g), ΔH = 180 kJ
2. 2NH₃(g) + O₂(g) → 2NO(g) + 3H₂O(g), ΔH = -904 kJ
3. H₂(g) + 1/2 O₂(g) → H₂O(g), ΔH = -242 kJ
Deasbad:
1. Thoir cunntas air an ath-bhualadh ann an cruth loidhneach a ghabhas ath-eagrachadh:
Ath-bhualadh targaid:
N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g)
Feumaidh sinn an ath-bhualadh sònraichte a làimhseachadh gus coinneachadh ris an ath-bhualadh targaid.
2. Mion-sgrùdadh air ath-bheachdan anns a bheil NH₃:
Tha NH₃ ann an ath-bhualadh 2, ach is e an ath-bhualadh NH₃ a bhriseadh sìos gu NO agus H₂O. Mar sin, tionndaidh an ath-bhualadh seo air ais:
2NO(g) + 3H₂O(g) → 2NH₃(g) + O₂(g), ΔH = +904 kJ
3. An ath rud, feumaidh sinn O₂(g) a thoirt air falbh:
Airson seo, bidh sinn a’ cleachdadh ath-bhualadh (1):
N₂(g) + O₂(g) → 2NO(g), ΔH = 180 kJ
An àite sin, feumaidh sinn 2NO a chruthachadh. Tha an ath-bhualadh seo fhathast mar a tha e.
4. Obraich a-mach an enthalpa airson H₂O(g):
Cuir an ath-bhualadh cùil (3) trì tursan ris a’ cho-aontar:
3[H₂O(g) → H₂(g) + 1/2O₂(g), ΔH = +242 kJ]
Bi nad:
3H₂O(g) → 3H₂(g) + 3/2 O₂(g), ΔH = +726 kJ
5. Cuir na co-aontaran ri chèile agus cothromaich iad:
\[
N₂(g) + O₂(g) → 2NO(g), ΔH = 180 kJ
+
2NO(g) + 3 H₂O(g) → 2NH₃(g) + O₂(g), ΔH = +904 kJ
+
3H₂O(g) → 3H₂(g) + 3/2 O₂(g), ΔH = +726 kJ
\]
Nuair a bhios sinn a’ cur nan ath-bheachdan seo ri chèile, is urrainn dhuinn dearmad a dhèanamh air na co-phàirtean a tha a’ nochdadh air gach taobh agus an enthalpy iomlan obrachadh a-mach.
6. Obraich a-mach an enthalpa iomlan:
\[
N₂(g) + 3 H₂O(g) – 3H₂(g) – 3/2 O₂(g) → 2NH₃(g) + O₂(g) – O₂(g) \rightarrow N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g)
\]
Enthalpaidh iomlan:
\[
ΔH_{iomlan} = 180 + 904 + 726 = 1810 kJ/mol
\]
Mar sin, tha ΔH airson an ath-bhualadh N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g) aig +1810kJ. Leis gu bheil sinn airson an enthalpy a leigeil ma sgaoil (eacso-theirmeach) bidh sinn a’ dèanamh luach an toraidh àicheil:
\[
ΔH_{iomlan} = -46 kJ/mol
\]
Penutup
Tha an t-artaigil seo a’ beachdachadh air eisimpleirean de dhuilgheadasan a chuireas Lagh Hess an sàs gus atharrachadh enthalpy ath-bhualadh obrachadh a-mach. Le bhith a’ tuigsinn a’ bhunait theòiridheach agus a’ cur nan ceumannan anns na eisimpleirean de dhuilgheadasan an sàs, thathar an dòchas gum bi e nas fhasa do luchd-leughaidh a’ bhun-bheachd seo a thuigsinn agus a bhith comasach air a chur an sàs ann an diofar shuidheachaidhean anns a bheil àireamhachadh teirmeach-cheimigeach. Chan e a-mhàin gu bheil Lagh Hess cudromach ann an ceimigeachd acadaimigeach ach tha e cuideachd feumail ann an rannsachadh ceimigeachd gnìomhachais agus diofar thagraidhean eile ann an saidheans agus teicneòlas.
