Nimûneya Pirsên Gotûbêjê yên Termokîmyayê
Pendahuluan
Termokîmya şaxek kîmyayê ye ku têkiliya di navbera reaksiyonên kîmyewî û guhertinên enerjiyê de, bi taybetî di şiklê germê de, lêkolîn dike. Ew mijarek girîng e di kîmyaya fîzîkî de ji ber ku ew alîkariya me dike ku em fêm bikin ka enerjî çawa di dema reaksiyonên kîmyewî de tê veguheztin û veguherandin. Di vê gotarê de, em ê li ser çend pirsgirêkên nimûne yên termokîmyayê nîqaş bikin da ku alîkariya zelalkirina van têgehan bikin.
Nimûneya Pirsa 1: Guhertina Entalpiya Şewitandinê
Pirs:
Entalpiya şewitandinê (ΔHc) ya etanolê (C2H5OH) -1367 kJ/mol e. Dema ku 2 mol etanol bi tevahî tên şewitandin, mîqdara enerjiya ku tê berdan diyar bikin!
Nîqaş:
Guherîna entalpiya şewitandinê (ΔHc) enerjiya ku dema yek molek ji madeyekê bi tevahî di oksîjenê de tê şewitandin tê berdan e. Ji bo etanolê, ΔHc = -1367 kJ/mol.
Eger 2 mol etanol bên şewitandin, mîqdara enerjiya ku tê berdan ev e:
\[ \text{Berdanîna enerjiyê} = 2 \, \text{mol} \caran (-1367 \, \text{kJ/mol}) \]
\[ \text{Enerjiya berdanê} = -2734 \, \text{kJ} \]
Ji ber vê yekê, dema ku 2 mol etanol bi tevahî dişewitin, enerjiya ku tê berdan -2734 kJ ye.
Nimûneya Pirsa 2: Hesabkirina Entalpiya Reaksiyonê ji Daneyên Entalpiya Avabûnê
Pirs:
Ji bo hesabkirina entalpiya reaksiyonê ya çêbûna buhara avê, daneyên standard ên entalpiya çêbûnê yên jêrîn bikar bînin:
– \(\Delta H_{\text{f}}^{\circ}(\text{H}_2(g)) = 0 \, \text{kJ/mol}\)
– \(\Delta H_{\text{f}}^{\circ}(\text{O}_2(g)) = 0 \, \text{kJ/mol}\)
– \(\Delta H_{\text{f}}^{\circ}(\text{H}_2\text{O}(g)) = -241.8 \, \text{kJ/mol}\)
Bersivî:
\[ \text{H}_2(g) + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \rightarrow \text{H}_2\text{O}(g) \]
Nîqaş:
Entalpiya reaksiyonê (\(\Delta H_{\text{rxn}}\)) dikare bi karanîna entalpiya standard a çêbûnê (\(\Delta H_{\text{f}}^{\circ}\)) bi formula jêrîn were hesibandin:
\[ \Delta H_{\text{rxn}} = \Sigma \Delta H_{\text{f}}^{\circ} \text{berhem} – \Sigma \Delta H_{\text{f}}^{\circ} \text{reaktant} \]
Ji bo vê reaksiyonê:
\[ \Delta H_{\text{rxn}} = \Delta H_{\text{f}}^{\circ}(\text{H}_2\text{O}(g)) – \left[ \Delta H_{\text{f}}^{\circ}(\text{H}_2(g)) + \frac{1}{2} \Delta H_{\text{f}}^{\circ}(\text{O}_2(g)) \rast] \]
Nirxa entalpiya avakirinê binivîse:
\[ \Delta H_{\text{rxn}} = -241.8 \, \text{kJ/mol} – \çep[ 0 + \frac{1}{2} \car 0 \rast] \]
\[ \Delta H_{\text{rxn}} = -241.8 \, \text{kJ/mol} \]
Ji ber vê yekê, entalpiya reaksiyonê ji bo çêbûna buxara avê -241.8 kJ/mol e.
Nimûneya Pirsa 3: Qanûna Hess
Pirs:
Guherîna entalpiyê (\(\Delta H\)) ji bo reaksiyona jêrîn diyar bike:
\[ \text{C(s)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO(g)} \]
Daneyên jêrîn bikar bînin:
1. \(\text{C(s)} + \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) \, \Delta H = -393.5 \, \text{kJ}\)
2. \(\text{CO(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) \, \Delta H = -283.0 \, \text{kJ}\)
Nîqaş:
Qanûna Hess bikar bînin ku dibêje heke reaksiyonek kîmyewî dikare wekî berhevoka çend reaksiyonên din were îfade kirin, wê hingê guherîna entalpiyê ya reaksiyona giştî berhevoka guhertinên entalpiyê yên wan reaksiyonan e.
Gava 1: Reaksiyona ku divê were berevajîkirin an guhertin da ku bi reaksiyona hedef re li hev bike, binivîse:
– Reaksiyon (1): \(\text{C(s)} + \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) \, \Delta H = -393.5 \, \text{kJ}\)
– Reaksiyon (2): \(\text{CO(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) \, \Delta H = -283.0 \, \text{kJ}\)
Gava 2: Reaksiyona (2) berevajî bike û nîşana \(\Delta H\) biguherîne:
\[ \text{CO}_2(g) \rightarrow \text{CO(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \, \Delta H = 283.0 \, \text{kJ} \]
Gava 3: Reaksiyona (1) û reaksiyona berevajî (2) lê zêde bikin:
\[ \text{C(s)} + \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) \, \Delta H = -393.5 \, \text{kJ} \]
\[ \text{CO}_2(g) \rightarrow \text{CO(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \, \Delta H = 283.0 \, \text{kJ} \]
Gav 4: Herdu reaksiyonan lê zêde bikin:
\[ \text{C(s)} + \text{O}_2(g) + \text{CO}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) + \text{CO(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \]
Encamên hêsankirinê ev in:
\[ \text{C(s)} + \frac{1}{2} \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO(g)} \]
Guhertina tevahî ya entalpiyê (\(\Delta H\)):
\[ \Delta H = -393.5 \, \text{kJ} + 283.0 \, \text{kJ} = -110.5 \, \text{kJ} \]
Ji ber vê yekê, guherîna entalpiyê ji bo reaksiyonê -110.5 kJ ye.
Nimûneya Pirsa 4: Kalorîmetrî
Pirs:
Di ceribandineke kalorîmetrîyê de, 50 g av (c = 4.18 J/g°C) ji 25°C heta 75°C tê germ kirin. Mîqdara germê (q) ya pêwîst hesab bikin.
Nîqaş:
Mîqdara germê (q) ya ku ji bo germkirina avê pêwîst e, dikare bi karanîna vê formulê were hesab kirin:
\[ q = m \cdot c \cdot \Delta T \]
– m = giraniya avê = 50 g
– c = kapasîteya germahiya taybet = 4.18 J/g°C
– \(\Delta T = \) guhertina germahiyê \( = 75°C – 25°C = 50°C \)
\[ q = 50 \, \text{g} \car 4.18 \, \text{J/g°C} \car 50°C \]
\[ q = 10450 \, \text{J} \]
Ji bo germkirina 50 g avê ji 25°C heta 75°C, germahiya pêwîst 10450 J e.
Penutup
Nîqaşa li ser pirsgirêkên mînakî yên li jor nihêrînek berfireh peyda dike ka çawa têgehên termokîmyayî dikarin ji bo çareserkirina pirsgirêkên cûrbecûr ên têkildarî reaksiyonên kîmyewî û veguherînên enerjiyê werin sepandin. Termokîmya di warên cûrbecûr de, di nav de pîşesazî, enerjî û lêkolînên zanistî de girîng e, ji ber ku ew dihêle ku em veguherînên enerjiyê yên ku di reaksiyonên kîmyewî de çêdibin fam bikin û wan manîpule bikin. Bi têgihîştinek baş a termokîmyayê, em dikarin pêvajoyên bikêrtir sêwirînin û teknolojiyên nû û hawîrdorparêztir pêşve bibin.
