Fesili Fa'ata'ita'i e Talanoaina ai Suiga o le Enthalpy ma le Enthalpy
O le enthalpy o se manatu autū i le thermodynamics fa'akemikolo, e masani ona maua i mataupu eseese o le kemisi, mai tali fa'akemikolo i suiga o vaega. I totonu o lenei tusiga, o le a matou iloiloina ni fa'ata'ita'iga o fa'afitauli ma talanoaina le enthalpy ma suiga o le enthalpy e fesoasoani ia i matou e malamalama atili ai i le manatu.
Malamalama i le Enthalpy
O le Enthalpy (H) o le aofaʻi atoa lea o le malosi i totonu o se faiga faʻavevela. E le gata ina aofia ai le malosi i totonu o loʻo teuina i totonu o vaega ae faʻapea foʻi ma le malosi e manaʻomia e fausia ai se avanoa mo vaega i se siosiomaga mamafa tuʻuina atu. O le Enthalpy e fuaina i joules (J) i le Faiga Faʻavaomalo (SI).
I le fa'a-matematika, o le enthalpy ua fa'amatalaina e pei o:
\[ H = U + PV \]
di mana:
– \( H \) o le enthalpy
– \( U \) o le malosiaga i totonu
– \( P \) o le mamafa
– \( V \) o le voluma
Suiga o le Enthalpy
E tupu le suiga o le enthalpy (\( \Delta H \)) pe a tupu se tali fa'akemikolo po'o se faiga fa'aletino. E mafai ona fa'amatalaina lenei suiga o le enthalpy o le aofa'i o le vevela e fa'asa'olotoina pe mitiia e se faiga i le mamafa tumau. Fa'amatematika:
\[ \Delta H = H_{\text{product}} – H_{\text{reactant}} \]
O tali fa'a'ese'ese o tali ia e fa'asa'olotoina ai le vevela i le siosiomaga, ma i nei tali, \( \Delta H \) e le lelei. I le taimi nei, o se tali fa'a'ese'ese o se tali e mitiia ai le vevela mai le siosiomaga, ma i lenei tali, \( \Delta H \) e iai sona tau lelei.
Fesili Fa'ata'ita'i ma Talanoaga
Fa'ata'ita'iga Fesili 1: Suiga i le Enthalpy o le Mu
Fesili:
Ua iloa o le mu atoa o le 1 mole o le methane (\(CH_4\)) e maua ai le carbon dioxide (\(CO_2\)) ma le vai (\(H_2O\)). O faʻamatalaga o le enthalpy o le fausiaina e faʻapea:
– \( \Delta H_{{f, H_2O (l)}} = -285.8 \text{kJ/mol} \)
– \( \Delta H_{{f, CO_2 (g)}} = -393.5 \text{kJ/mol} \)
– \( \Delta H_{{f, CH_4 (g)}} = -74.8 \text{kJ/mol} \)
Fuafua le suiga o le enthalpy (\( \Delta H \)) o le tali atu o le mu.
Talanoaga:
O le tali atu o le methane i le mu e faapea:
\[ CH_4 (g) + 2 O_2 (g) \rightarrow CO_2 (g) + 2 H_2O (l) \]
E mafai ona fuafuaina le suiga o le enthalpy o le tali (\( \Delta H \)) e faʻaaoga ai le enthalpy o le fausiaina:
\[ \Delta H = \Sigma \Delta H_f \text{products} – \Sigma \Delta H_f \text{reactants} \]
Galuega:
\[ \Delta H_f (CO_2 (g)) = -393.5 \text{kJ/mol} \]
\[ \Delta H_f (H_2O (l)) = -285.8 \text{kJ/mol} \]
Aofa'i atoa o le enthalpy o oloa:
\[ (-393.5 \text{kJ/mol}) + 2\times(-285.8 \text{kJ/mol}) = -393.5 – 571.6 = -965.1 \text{kJ/mol} \]
Mea e tali atu ai:
\[ \Delta H_f (CH_4 (g)) = -74.8 \text{kJ/mol} \]
\[ \Delta H_f (O_2 (g)) = 0 \text{kJ/mol} \]
(O le okesene i lona tulaga masani e iai lona enthalpy o le fausiaina e zero.)
Aofa'i atoa o le enthalpy o mea e tali atu ai:
\[ (-74.8 \text{kJ/mol}) + 2\times(0 \text{kJ/mol}) = -74.8 \text{kJ/mol} \]
O lea la, o le suiga i le enthalpy (\( \Delta H \)) e faapea:
\[ \Delta H = -965.1 \text{kJ/mol} – (-74.8 \text{kJ/mol}) \]
\[ \Delta H = -965.1 + 74.8 \]
\[ \Delta H = -890.3 \text{kJ/mol} \]
O lea la, o le suiga o le enthalpy mo le mu o le 1 mole o le methane e \(-890.3 \text{kJ/mol}\).
Fa'ata'ita'iga Fesili 2: Suiga o le Enthalpy i Fa'agasologa Fa'aletino
Fesili:
Fuafua le suiga o le enthalpy pe a fa'a'asu'uina le 50 kalama o le aisa (\(H_2O_{(s)}\)) i le 0°C i le vai (\(H_2O_{(l)}\)) i le 0°C. Ua iloa o le vevela o le fa'a'asu'uina o le aisa (\( \Delta H_{\text{fus}} \)) e 6.01 kJ/mol ma o le molar mass o le vai e 18 g/mol.
Talanoaga:
O le laasaga muamua o le fuafuaina lea o le aofaʻi o mole o le aisa.
\[ \text{Mole o le aisa} = \frac{50 \text{g}}{18 \text{g/mol}} \approx 2.78 \text{mol} \]
Ona tatou fuafuaina lea o le suiga o le enthalpy mo le fa'amaluluina o le aisa:
\[ \Delta H = n \cdot \Delta H_{\text{fus}} \]
\[ \Delta H = 2.78 \text{mol} \cdot 6.01 \text{kJ/mol} \]
\[ \Delta H \approx 16.7 \text{kJ} \]
O lea la, o le suiga o le enthalpy pe a fa'ale'aina le 50 kalama o le aisa i le 0°C e tusa ma le 16.7 kJ. O se faiga endothermic lea auā e mitiia e le aisa le vevela ma liu ai i le vai.
Faataitaiga 3: Tali atu a Hess
Fesili:
Faaaoga le tulafono a Hess e fuafua ai le suiga o le enthalpy mo le tali atu lenei:
\[ 2 C(kalafite) + 3 H_2(g) \rightarrow C_2H_6(g) \]
E tele ni tali e iloa fa'atasi ai ma a latou suiga ta'itasi i le enthalpy:
1. \( C(kalafite) + O_2(g) \rightarrow CO_2(g), \Delta H = -393.5 \text{kJ} \)
2. \( H_2(g) + \frac{1}{2}O_2(g) \rightarrow H_2O(l), \Delta H = -285.8 \text{kJ} \)
3. \( 2 C_2H_6(g) + 7 O_2(g) \rightarrow 4 CO_2(g) + 6 H_2O(l), \Delta H = -3119.6 \text{kJ} \)
Talanoaga:
Ina ia fuafua le suiga o le enthalpy (\( \Delta H \)) o le tali atu, e manaʻomia ona tatou toe faʻafoʻi ma faʻateleina nisi o tali e fetaui ma le tali faʻamoemoeina.
Laasaga-laasaga:
1. Suia le tali atu \(C_2H_6 \rightarrow 2 CO_2 + 3 H_2O\):
\[2C_2H_6(g) + 7O_2(g) \rightarrow 4 CO_2(g) + 6H_2O(l), \Delta H = -3119.6 \text{kJ}\]
Fa'afeagai ma vaevae tali:
\[ 4CO_2(g) + 6H_2O(l) \rightarrow 2C_2H_6(g) + 7O_2(g), \Delta H = 3119.6/2 = 1559.8 \text{kJ} \]
2. Tali atu \(C \rightarrow CO_2\):
\[ 4C(kalafite) + 4O_2(g) \rightarrow 4CO_2(g), \Delta H = 4 \times -393.5 = -1574 \text{kJ} \]
3. Tali atu \(H_2\rightarrow H_2O\):
\[ 6H_2(g) + 3O_2(g) \rightarrow 6H_2O(l), \Delta H = 6 \taimi -285.8 = -1714.8 \text{kJ} \]
O le tuʻufaʻatasia o mea uma, matou te maua:
\[2C(kalafi) + 3H_2(g) \taumatau C_2H_6\]
\[ \Delta H = 1559.8 – 1574 – 1714.8 = -1729 \text{kJ}\]
O lea la, o le suiga o le enthalpy o le tali atu o le 2 moles o le graphite ma le 3 moles o le \(H_2\) i le \(C_2H_6(g)\) e -1729 kJ.
O le mea lea, o le malamalama i le manatu o le enthalpy ma lona faʻaaogaina i ituaiga eseese o tali e maua ai se malamalamaaga i le auala e aʻafia ai le malosi i suiga faʻakemikolo ma faʻaletino. O faʻafitauli o loʻo i luga o ni faʻataʻitaʻiga e masani ona faʻaaogaina i le aʻoaʻoga e faʻamalosia ai le malamalama i nei manatu.
