Ohatra amin'ny fanontaniana miresaka momba ny Enthalpy sy ny fiovan'ny Enthalpy
Ny entalpi dia foto-kevitra fototra amin'ny termodinamika simika, izay matetika hita amin'ny lohahevitra simia isan-karazany, manomboka amin'ny fihetsika simika ka hatramin'ny fiovan'ny dingana. Ato amin'ity lahatsoratra ity, dia handinika ohatra olana maromaro isika ary hiresaka momba ny entalpi sy ny fiovan'ny entalpi mba hanampiana antsika hahatakatra bebe kokoa ny foto-kevitra.
Fahatakarana ny Entalpie
Ny entalpie (H) dia ny habetsaky ny angovo ao anatin'ny rafitra termodinamika. Tsy ny angovo anatiny voatahiry ao anatin'ny poti ihany no tafiditra ao fa ny angovo ilaina hamoronana toerana ho an'ny poti ao anatin'ny tontolo tsindry iray ihany koa. Ny entalpie dia refesina amin'ny joule (J) ao amin'ny Rafitra Iraisam-pirenena (SI).
Ara-matematika, ny entalpie dia faritana toy izao:
\[ H = U + PV \]
Aiza:
– \( H \) dia ny entalpie
– \( U \) dia ny angovo anatiny
– Ny tsindry dia ny \( P \)
– \( V \) dia ny volume
Fiovan'ny entalpie
Mitranga ny fiovan'ny entalpie (\( \Delta H \)) rehefa misy fihetsika simika na dingana ara-fizika mitranga. Azo faritana ho ny habetsaky ny hafanana avoaka na raisin'ny rafitra iray amin'ny tsindry tsy miova io fiovan'ny entalpie io. Ara-matematika:
\[ \Delta H = H_{\text{vokatra}} – H_{\text{mpihetsika}} \]
Ny fihetsika eksotermika dia fihetsika mamoaka hafanana mankany amin'ny tontolo iainana, ary amin'ireny fihetsika ireny dia ratsy ny \( \Delta H \). Mandritra izany fotoana izany, ny fihetsika endotermika dia fihetsika izay mandray hafanana avy amin'ny tontolo iainana, ary amin'io fihetsika io dia manana sanda tsara ny \( \Delta H \).
Fanontaniana sy fifanakalozan-kevitra santionany
Ohatra Fanontaniana 1: Fiovan'ny Enthalpy amin'ny Fandoroana
Fanontaniana:
Fantatra fa ny fandoroana tanteraka ny môlan'ny metana 1 (\(CH_4\)) dia miteraka gazy karbonika (\(CO_2\)) sy rano (\(H_2O\)). Toy izao manaraka izao ny angon-drakitra momba ny entalpie amin'ny fiforonan'ny zavatra:
– \( \Delta H_{{f, H_2O (l)}} = -285.8 \text{kJ/mol} \)
– \( \Delta H_{{f, CO_2 (g)}} = -393.5 \text{kJ/mol} \)
– \( \Delta H_{{f, CH_4 (g)}} = -74.8 \text{kJ/mol} \)
Kajy ny fiovan'ny entalpie (\( \Delta H \)) amin'ny fihetsiky ny fandoroana.
Dinika:
Ny fihetsiky ny metana amin'ny fandoroana dia:
\[ CH_4 (g) + 2 O_2 (g) \rightarrow CO_2 (g) + 2 H_2O (l) \]
Azo kajy amin'ny alalan'ny entalpian'ny fiforonan'ny akora ny fiovan'ny entalpian'ny fihetsika (\( \Delta H \)):
\[ \Delta H = \Sigma \Delta H_f \text{vokatra} – \Sigma \Delta H_f \text{mpihetsika} \]
Vokatra:
\[ \Delta H_f (CO_2 (g)) = -393.5 \text{kJ/mol} \]
\[ \Delta H_f (H_2O (l)) = -285.8 \text{kJ/mol} \]
Entalpie totalin'ny vokatra:
(-393.5 kJ/mol) + 2 x (-285.8 kJ/mol) = -393.5 – 571.6 = -965.1 kJ/mol
Ireo zavatra mihetsika:
\[ \Delta H_f (CH_4 (g)) = -74.8 \text{kJ/mol} \]
\[ \Delta H_f (O_2 (g)) = 0 \text{kJ/mol} \]
(Ny oksizenina amin'ny toetrany mahazatra dia manana entalpie amin'ny fiforonan'ny aotra.)
Entalpie manontolon'ny mpandray anjara:
(-74.8 kJ/mol) + 2 (0 kJ/mol) = -74.8 kJ/mol
Noho izany, ny fiovan'ny enthalpy (\( \Delta H \)) dia:
\[ \Delta H = -965.1 \text{kJ/mol} – (-74.8 \text{kJ/mol}) \]
\[ \Delta H = -965.1 + 74.8 \]
\[ \Delta H = -890.3 \text{kJ/mol} \]
Noho izany, ny fiovan'ny entalpie amin'ny fandoroana mol metana 1 dia \(-890.3 \text{kJ/mol}\).
Ohatra Fanontaniana 2: Fiovan'ny Entalpie amin'ny Fizotran'ny Fizika
Fanontaniana:
Kajio ny fiovan'ny entalpie rehefa levona anaty rano (\(H_2O_{(l)}\)) amin'ny 0°C ny ranomandry 50 grama (\(H_2O_{(l)}\)) amin'ny 0°C. Fantatra fa ny hafanan'ny ranomandry levona (\( \Delta H_{\text{fus}} \)) dia 6.01 kJ/mol ary ny lanjan'ny rano dia 18 g/mol.
Dinika:
Ny dingana voalohany dia ny manisa ny isan'ny môlan'ny ranomandry.
\[ \text{Môlan'ny ranomandry} = \frac{50 \text{g}}{18 \text{g/mol}} \approx 2.78 \text{mol} \]
Manaraka izany dia kajintsika ny fiovan'ny enthalpy amin'ny fandrendrehana ny ranomandry:
\[ \Delta H = n \cdot \Delta H_{\text{fus}} \]
\[ \Delta H = 2.78 \text{mol} \cdot 6.01 \text{kJ/mol} \]
\[ \Delta H \eo amin'ny 16.7 \text{kJ} \]
Koa, ny fiovan'ny entalpie rehefa miempo ranomandry 50 grama amin'ny 0°C dia eo amin'ny 16.7 kJ eo ho eo. Dingana endothermika ity satria mandray hafanana ny ranomandry mba hivadika ho rano.
Ohatra 3: Fihetseham-pon'i Hess
Fanontaniana:
Ampiasao ny lalàn'i Hess mba hamaritana ny fiovan'ny enthalpy ho an'ity fihetsika manaraka ity:
\[ 2 C(grafita) + 3 H_2(g) \rightarrow C_2H_6(g) \]
Misy karazana fihetsika maromaro fantatra miaraka amin'ny fiovan'ny entalpie misy azy avy:
1. C(grafita) + O2(g) CO2(g), H = -393.5 kJ
2. \( H_2(g) + \frac{1}{2}O_2(g) \rightarrow H_2O(l), \Delta H = -285.8 \text{kJ} \)
3. \( 2 C_2H_6(g) + 7 O_2(g) \rightarrow 4 CO_2(g) + 6 H_2O(l), \Delta H = -3119.6 \text{kJ} \)
Dinika:
Mba hikajiana ny fiovan'ny entalpie (\( \Delta H \)) amin'ny fihetsika, dia mila mamadika sy mampitombo ny sasany amin'ireo fihetsika isika mba hifanaraka amin'ny fihetsika kendrena.
Dingana:
1. Ovay ny fihetsika \(C_2H_6 \rightarrow 2 CO_2 + 3 H_2O\):
\[2C_2H_6(g) + 7O_2(g) \rightarrow 4 CO_2(g) + 6H_2O(l), \Delta H = -3119.6 \text{kJ}\]
Mamadika sy mizara ny fihetsika:
\[ 4CO_2(g) + 6H_2O(l) \rightarrow 2C_2H_6(g) + 7O_2(g), \Delta H = 3119.6/2 = 1559.8 \text{kJ} \]
2. Fihetsehana \(C \rightarrow CO_2\):
4C(grafita) + 4O_2(g) 4CO_2(g), 4Delta H = -393.5 = -1574 kJ
3. Fihetseham-po \(H_2\rightarrow H_2O\):
\[ 6H_2(g) + 3O_2(g) \rightarrow 6H_2O(l), \Delta H = 6 \times -285.8 = -1714.8 \text{kJ} \]
Raha atambatra izany rehetra izany dia mahazo isika:
\[2C(graphite) + 3H_2(g) \rightarrow C_2H_6\]
\[ \Delta H = 1559.8 – 1574 – 1714.8 = -1729 \text{kJ}\]
Noho izany, ny fiovan'ny entalpie amin'ny fihetsiky ny mol grafita 2 sy mol 3 an'ny \(H_2\) amin'ny \(C_2H_6(g)\) dia -1729 kJ.
Noho izany, ny fahatakarana ny foto-kevitry ny entalpia sy ny fampiharana azy amin'ny karazana fihetsika isan-karazany dia manome fahatakarana ny fomba ifandraisan'ny angovo amin'ny fiovana simika sy ara-batana. Ireo olana etsy ambony ireo dia ohatra sasany ampiasaina matetika ao amin'ny fandaharam-pianarana mba hanamafisana ny fahatakarana ireo hevitra ireo.
