Exempla Quaestionum de Enthalpia et Mutationibus Enthalpiae Disputantium
Enthalpia est notio clavis in thermodynamica chemica, saepe in variis argumentis chemiae occurrens, a reactionibus chemicis ad mutationes phasium. In hoc articulo, exempla problematum aliquot recensebimus et enthalpiam et mutationes enthalpiarum tractabimus ut notionem melius intellegamus.
Intellegendo Enthalpiam
Enthalpia (H) est summa energiae in systemate thermodynamico. Non solum energiam internam in particulis conditam, sed etiam energiam necessariam ad spatium particulis in dato ambitu pressionis creandum, comprehendit. Enthalpia in Systemate Internationali (SI) joulis (J) metitur.
Mathematice, enthalpia definitur ut:
H = U + PV
Ubi:
– \(H\) est enthalpia
– \(U\) est energia interna
– \(P\) est pressio
– \(V\) est volumen
Mutatio Enthalpiae
Mutatio enthalpiae (ΔH) fit cum reactio chemica vel processus physicus fit. Haec mutatio enthalpiae definiri potest ut quantitas caloris a systemate sub pressione constanti emissa vel absorpta. Mathematice:
ΔH = H_{\text{productum}} – H_{\text{reagens}}
Reactiones exothermicae sunt reactiones quae calorem in ambitum emittunt, et in his reactionibus, ΔH negativum est. Interea, reactio endothermica est reactio quae calorem ex ambiente absorbet, et in hac reactione, ΔH valorem positivum habet.
Exempla Quaestionum et Disputationis
Exemplum Quaestionis 1: Mutatio in Enthalpia Combustionis
Quaestio:
Constat combustionem perfectam unius moles methani (CH₄) dioxidum carbonis (CO₂) et aquam (H₂O) producere. Data enthalpiae formationis haec sunt:
– (ΔH₂F, H₂O(l) = -285.8 kJ/mol)
– (ΔH₂f, CO₂(g) = -393.5 kJ/mol)
– (ΔH₃f, CH₄(g) = -74.8 kJ/mol)
Mutationem enthalpiae (ΔH) reactionis combustionis calcula.
Disputatio:
Reactio combustionis methani est:
CO_2 (g) + 2 H_2O(l) \]
Mutatio enthalpiae reactionis (ΔH) computari potest utens enthalpia formationis:
\[ ΔH = ΔH_f \text{producta} – ΔH_f \text{reactantia} \]
Productum:
ΔH₂f (CO₂(g)) = -393.5 kJ/mol
ΔH₂O(l) = -285.8 kJ/mol
Enthalpia totalis productorum:
(-393.5 kJ/mol) + bis (-285.8 kJ/mol) = -393.5 – 571.6 = -965.1 kJ/mol)
Reactantes:
ΔH_f(CH_4(g)) = -74.8 kJ/mol
ΔH_f(O_²(g)) = 0 kJ/mol
(Oxygenium in statu normali enthalpiam formationis nullam habet.)
Enthalpia totalis reactantium:
(-74.8 kJ/mol) + bis (0 kJ/mol) = -74.8 kJ/mol)
Ergo, mutatio enthalpiae (ΔH)) est:
\[ \Delta H = -965.1 \text{kJ/mol} - (-74.8 \text{kJ/mol}) \]
\[ \Delta H = -965.1 + 74.8 \]
ΔH = -890.3 kJ/mol
Ergo, mutatio enthalpiae pro combustione unius moles methani est \(-890.3 \text{kJ/mol}\).
Exemplum Quaestionis II: Mutationes Enthalpiae in Processibus Physicis
Quaestio:
Calcula mutationem enthalpiae cum 50 grammata glaciei (\(H_2O_{(s)}\)) ad 0°C in aquam (\(H_2O_{(l)}\)) ad 0°C liquefiunt. Constat calorem liquefactionis glaciei (\(ΔH_{\text{fus}} \)) esse 6.01 kJ/mol et massam molarem aquae esse 18 g/mol.
Disputatio:
Primum gradum est numerum molium glaciei computare.
Moles glaciei = 50 g/18 g/mol circiter 2.78 mol
Deinde mutationem enthalpiae ad glaciem liquefaciendam computamus:
\[ ΔH = n ∈ ΔH fus ]
ΔH = 2.78 mol⁻¹ 6.01 kJ/mol
ΔH circiter 16.7 kJ
Ergo, mutatio enthalpiae cum 50 grammata glaciei ad 0°C liquescunt est circiter 16.7 kJ. Hoc est processus endothermicus quia glacies calorem absorbet ut in aquam convertatur.
Exemplum III: Reactio Hessiana
Quaestio:
Lege Hessiana utere ad mutationem enthalpiae reactionis sequentis determinandam:
\[ 2 C(graphite) + 3 H₂(g) \rightarrow C₂H₆(g) \]
Plures reactiones cum suis mutationibus enthalpiae notae sunt:
1. (C(graphites) + O₂(g) → CO₂(g), ΔH = -393.5 kJ)
2. (H₂(g) + 1/2 O₂(g) → H₂O(l), ΔH = -285.8 kJ)
3. (2 C₂H₆(g) + 7 O₂(g) → 4 CO₂(g) + 6 H₂O(l), ΔH = -3119.6 kJ)
Disputatio:
Ad mutationem enthalpiae (ΔH) reactionis calculandam, necesse est aliquas reactiones invertere et multiplicare ut reactioni scopo respondeant.
Gradus:
1. Reactionem \(C_2H_6 \rightarrow 2 CO_2 + 3 H_2O\) muta:
\[2C_2H_6(g) + 7O_2(g) \ right arrow 4 CO_2(g) + 6H_2O(l), \Delta H = -3119.6 \text{kJ}\]
Reactiones inversae et divisae:
\[ 4CO_2(g) + 6H_2O(l)2C_2H_6(g) + 7O_2(g), \Delta H = 3119.6/2 = 1559.8 \text{kJ}\]
2. Reactio (C → CO₂):
\[ 4C(graphites) + 4O₂(g) → 4CO₂(g), ΔH = 4 × -393.5 = -1574 kJ ]
3. Reactio (H₂⁻¹⁴ H₂O):
\[ 6H_2(g) + 3O_2(g) \6H_2O(l), \Delta H = 6 \times -285.8 = -1714.8 \text{kJ} \]
Omnibus his coniunctis, habemus:
\[2C(graphite) + 3H_2(g) \ rightarrow C_2H_6\]
ΔH = 1559.8 – 1574 – 1714.8 = -1729 kJ (vel: kJ)
Ergo, mutatio enthalpiae reactionis duorum molarum graphiti et trium molarum \(H_2\) ad \(C_2H_6(g)\) est -1729 kJ.
Ergo, intellectus notionis enthalpiae eiusque applicatio ad varia genera reactionum perspicuitatem praebet in quomodo energia implicatur in mutationibus chemicis et physicis. Problemata supra sunt exempla saepe in curriculo adhibita ad confirmandam comprehensionem harum notionum.
