Pirsên Nimûne û Gotûbêja Hevkêşeyên Termokîmyayî
Termokîmya şaxek kîmyayê ye ku guhertinên enerjiyê yên ku di dema reaksiyonên kîmyewî de çêdibin, bi taybetî veguhastina germê, lêkolîn dike. Termokîmya têgehên wekî entalpî, entropî û enerjiya azad a Gibbs vedihewîne, ku ji bo pêşbînîkirina rê û xweberiya reaksiyonan têne bikar anîn. Di vê gotarê de, em ê çend pirsgirêkên mînakî vekolin û hevkêşeyên termokîmyayî nîqaş bikin.
Têgehên bingehîn ên Termokîmyayê
Berî ku em bikevin nav pirsên mînakî û nîqaşkirina wan, girîng e ku em hin têgehên bingehîn ên termokîmyayê bizanibin:
1. Entalpî (H): Entalpî cureyekî enerjiyê ye di sîstemekê de ku di bin şert û mercên zexta sabît de tê pîvandin. Guherîna entalpiyê (\( \Delta H \)) dikare wiha were îfadekirin:
\[ \Delta H = H_{berhem} – H_{reaktant} \]
2. Reaksiyonên Endotermîk û Eksotermîk:
– Reaksiyonên eksotermîk ew reaksiyon in ku germê berdidin nav jîngehê (\( \Delta H < 0 \)). - Reaksiyonên endotermîk ew reaksiyon in ku germê ji jîngehê dikişînin (\( \Delta H > 0 \)).
3. Qanûna Hess: Qanûna Hess dibêje ku guherîna tevahî ya entalpiyê ya reaksiyonek kîmyewî yek e, çi reaksiyon di gavekê de be çi jî di çend gavan de. Ew dikare wiha were vegotin:
\[ \Delta H_{tevahî} = \Delta H_1 + \Delta H_2 + … + \Delta H_n \]
Pirsên Nimûne û Gotûbêj
Nimûneya Pirsa 1: Hesabkirina Guherîna Entalpiyê
Bi saya reaksiyonên jêrîn:
\[ 2H_2(g) + O_2(g) \rast tîra 2H_2O(l) \]
Eger were zanîn ku guherîna entalpiya çêbûna (\( \Delta H_f \)) ya avê -285.8 kJ/mol e. Guherîna tevahî ya entalpiyê ji bo reaksiyonê hesab bikin.
Nîqaş:
Guherîna entalpiyê ya reaksiyonekê (\( \Delta H_{reaction} \)) dikare bi karanîna guherîna entalpiyê ya çêbûna berhem û reaktantan were hesibandin.
Ew tê zanîn:
– \[ \Delta H_f(H_2O(l)) = -285.8 \text{ kJ/mol} \]
Ji ber ku du moles avê têne çêkirin, guherîna tevahî ya entalpiyê ya reaksiyonê ev e:
\[ \Delta H_{reaksiyon} = 2(-285.8 \text{ kJ/mol}) \]
\[ \Delta H_{reaksiyon} = -571.6 \text{ kJ} \]
Ji ber vê yekê, guherîna tevahî ya entalpiyê ji bo vê reaksiyonê -571.6 kJ ye. Ev reaksiyon eksotermîk e ji ber ku \( \Delta H \) neyînî ye.
Nimûneya Pirsa 2: Bikaranîna Qanûna Hess
Bi saya reaksiyonên jêrîn:
\[ C(s) + O_2(g) \rightarrow CO_2(g) \hspace{2mm} \text{(1)} \]
\[ C(s) + 1/2 O_2(g) \rightarrow CO(g) \hspace{2mm} \text{(2)} \]
\[ CO(g) + 1/2 O_2(g) \rightarrow CO_2(g) \hspace{2mm} \text{(3)} \]
Ew tê zanîn:
– \(\Delta H_1 = -393.5 \text{ kJ}\)
– \(\Delta H_2 = -110.5 \text{ kJ}\)
Guherîna entalpiyê ji bo reaksiyona (3) hesab bike.
Nîqaş:
Qanûna Hess bikar bînin da ku guherîna entalpiyê ji bo reaksiyona (3) diyar bikin. Bala xwe bidinê ku reaksiyona (3) dikare ji reaksiyonên (1) û (2) pêk were:
\[ \text{Reaksiyon } (3): CO(g) + 1/2 O_2(g) \rightarrow CO_2(g) \]
Reaksiyona (2) berevajî bike da ku Qanûna Hess bikar bîne:
\[ CO_2(g) \rightarrow C(s) + O_2(g) \hspace{2mm} \text{(berevajî 1)}, \Delta H = +393.5 \text{ kJ} \]
\[ C(s) + 1/2 O_2(g) \rightarrow CO(g) \hspace{2mm} \text{(2)}, \Delta H = -110.5 \text{ kJ} \]
Niha reaksiyonên cihêreng li hev zêde bikin:
\[ CO_2(g) \rightarrow C(s) + O_2(g) + 1/2 O_2(g) \rightarrow CO(g) + 1/2 O_2(g) \]
\[ CO_2(g) \rightarrow C(s) + O_2(g) \rightarrow CO(g) + 1/2 O_2(g) \]
Guhertinên entalpiyê li hev zêde bikin:
\[ \Delta H_{reaksiyon} = 393.5 – 110.5 \text{ kJ}\]
\[ \Delta H_{reaksiyon} = 283.0 \text{ kJ}\]
Ji ber vê yekê, ji bo reaksiyona \(CO(g) + 1/2 O_2(g) \rightarrowCO_2(g) \), guherîna entalpiyê -283.0 kJ ye.
Nimûneya Pirsa 3: Reaksiyona Kalorîmetreyê
100 mL asîda hîdroklorîk (HCl) a 1.0 M û 100 mL hîdroksîda sodyûmê (NaOH) a 1.0 M tê dayîn. Dema ku her du di kalorîmetreyê de têne tevlihevkirin, germahî ji 25.0 °C ber bi 31.0 °C ve zêde dibe. Ger kapasîteya germê ya çareseriya avî 4.18 J/g°C û dendika çareseriyê 1.0 g/mL be, guherîna entalpiya bêbandorkirinê hesab bikin.
Nîqaş:
Langkah-langkah:
1. Giraniya çareseriyê hesab bike:
\[ \text{Qebareya giştî} = 100 mL} + 100 mL} = 200 mL} \]
\[ \text{Girse} = 200 \text{ g} \] (ji ber ku dendika çareseriyê 1 g/mL e)
2. Guherîna germahiyê hesab bike:
\[ \Delta T = 31.0 °C – 25.0 °C = 6.0 °C]
3. Enerjiya ku ji hêla çareseriyê ve hatî kişandin hesab bike:
\[ q = m \cdot c \cdot \Delta T \]
\[ q = 200 g caran 4.18 J/g°C caran 6.0 °C]
\[ q = 5016 \text{ J} \]
\[ q = 5.016 \text{ kJ} \]
4. Guhertina entalpiyê hesab bike:
\[ \Delta H = \frac{q_{\text{çareserî}}}{\text{mol HCl}} \]
Dema ku mirov difikire ku morên HCl û NaOH yek in:
Mol HCl = 1.0 M caran 0.100 L = 0.100 mol
\[ \Delta H = \frac{5.016 \text{ kJ}}{0.100 \text{ mol}} \]
\[ \Delta H = -50.16 \text{ kJ/mol} \]
Ji ber vê yekê, guherîna entalpiyê ji bo bêbandorkirina HCl û NaOH -50.16 kJ/mol e, ku reaksiyonek eksotermîk nîşan dide.
Xelasî
Termokîmya şaxek girîng a kîmyayê ye ku alîkariya me dike ku em fêm bikin ka enerjî çawa di reaksiyonên kîmyewî de tê veguheztin û guhertin. Bi têgihîştina têgehên bingehîn ên wekî entalpî û qanûna Hess, û bi karanîna wan li ser pirsgirêkên pratîkî, em dikarin guhertinên enerjiyê yên ku di reaksiyonên kîmyewî yên cûda de çêdibin pêşbînî bikin. Vê gotarê çend mînakên pirsgirêkan pêşkêş kirine ku hêvîdar in dê alîkariya xurtkirina têgihîştina we ya hevkêşeyên termokîmyayî bikin.
