Намунаҳои саволҳо дар бораи тағйироти энталпия дар шароити стандартӣ
Пендахулуан
Тағйирёбии энтальпия як мафҳуми бунёдӣ дар термохимия аст, ки дар равандҳои гуногуни кимиёвӣ нақши муҳим мебозад. Дар ин мақола, мо муфассал муҳокима хоҳем кард, ки чӣ гуна тағирёбии энтальпияро дар шароити стандартӣ тавассути якчанд масъалаҳои намунавӣ ва муҳокимаҳои ҳамаҷониба ҳисоб ва дарк кардан мумкин аст. Ин мақола барои донишҷӯён, донишҷӯёни коллеҷҳо ва ҳар касе, ки химияро меомӯзад, барои дарки беҳтари ин мавзӯъ муфид хоҳад буд.
Фаҳмидани энтальпия ва тағйироти он
Энтальпия (H) энергияи умумии система аст, ки аз энергияи дохилӣ ва энергияи марбут ба фишор ва ҳаҷм иборат аст. Дар мавриди реаксияҳои кимиёвӣ, мо аксар вақт ба тағирёбии энтальпия (ΔH) таваҷҷӯҳ дорем, ки тағирёбии умумии энергияро ҳангоми реаксия дар фишори доимӣ инъикос мекунад.
Тағйирёбии энтальпия дар шароити стандартӣ (ΔH⁰) тағйироти энтальпия вақте аст, ки ҳамаи реактивҳо ва маҳсулот дар ҳолати стандартии худ, яъне дар фишори 1 атм ва ҳарорати одатан 25°C (298 K) қарор доранд.
Намунаҳои саволҳо ва муҳокима
Саволи 1: Сӯхтани метан
Савол: Тағйирёбии стандартии энтальпияро (ΔH⁰) ҳангоми сӯзиши 1 мол метан (\(CH_4\)) дар асоси муодилаи зерин ҳисоб кунед:
\[ CH_4(г) + 2O_2(г) \тирачаи рост CO_2(г) + 2H_2O(л) \]
Рӯшан аст:
– ΔH⁰f \(CH_4(g)\) = -74.8 кҶ/мол
– ΔH⁰f \(CO_2(g)\) = -393.5 кҶ/мол
– ΔH⁰f \(H_2O(l)\) = -285.8 кҶ/мол
Муҳокима:
Тағйирёбии стандартии энтальпия барои реаксияи химиявӣ бо истифода аз қонуни Гесс тавассути формулаи зерин ҳисоб карда мешавад:
\[ \Delta H⁰ = ∑ ΔH⁰f(маҳсулот) – ∑ ΔH⁰f(реактив) \]
Аввалан, энтальпияи стандартии ташаккулро барои ҳар як модда дар реаксия муайян кунед:
– \( ΔH⁰f_{CH_4(g)} = -74.8 \) кҶ/мол
– \( ΔH⁰f_{CO_2(g)} = -393.5 \) кҶ/мол
– \( ΔH⁰f_{H_2O(l)} = -285.8 \) кҶ/мол (×2 барои ду мол \(H_2O\))
Сипас, ҷамъи энтальпияҳои ташаккули маҳсулот ва реактивҳоро ҳисоб кунед:
\[ ∑ ΔH⁰f(маҳсул) = [-393.5] + [2(-285.8)]
= -393.5 + (-571.6)
= -965.1 \text{ кҶ/мол} \]
\[ ∑ ΔH⁰f(реактив) = [-74.8] + [0] \]
(Ҳамаи пайвастагиҳои элементӣ дар шакли асосии худ энтальпияи стандартии ташаккулёбӣ 0 кҶ/мол доранд)
Сипас, тағйирёбии стандартии энтальпияро (ΔH⁰) ҳисоб кунед:
\[ΔH⁰ = -965.1 – (-74.8)
= -965.1 + 74.8
= -890.3 \text{ кҶ/мол} \]
Ҳамин тариқ, тағйироти стандартии энтальпия ҳангоми сӯзиши 1 мол метан -890.3 кҶ/мол аст.
Саволи 2: Реаксияи ташаккули об
Савол: Тағйирёбии стандартии энтальпияро (ΔH⁰) ҳангоми ташаккули об аз гидроген ва оксиген бар асоси муодилаи зерин ҳисоб кунед:
\[ 2H_2(г) + O_2(г) \тирчаи рост 2H_2O(l) \]
Рӯшан аст:
– ΔH⁰f \(H_2O(l)\) = -285.8 кҶ/мол
Муҳокима:
Мо бояд тағйироти стандартии энтальпияро барои реаксия аз моддаҳои ибтидоӣ ба маҳсулоти дилхоҳ пайдо кунем. Бо истифода аз энтальпияи стандартии ташаккул:
\[ ΔH⁰ = ∑ ΔH⁰f(маҳсулот) – ∑ ΔH⁰f(реактив) \]
Энтальпияи ташаккули маҳсулот ва реактивҳоро ҳисоб кунед:
\[
\begin{align}
∑ ΔH⁰f(ҳосил) & = [2(-285.8)] \\
∑ ΔH⁰f(маҳсул) & = -571.6 \text{ кҶ/мол}
\end{align}
\]
\[
ΔH⁰f(H_2(g)) = 0 \text{ кҶ/мол} \\
ΔH⁰f(O_2(g)) = 0 \text{ kJ/mol} \\
∑ ΔH⁰f(реактивҳо) = [2(0)] + [0] = 0 \text{ kJ/mol}
\]
Сипас, тағйирёбии стандартии энтальпияро (ΔH⁰) ҳисоб кунед:
\[ ΔH⁰ = -571.6 \text{ кҶ/мол} \]
Ҳамин тариқ, тағйироти стандартии энтальпия барои ташаккули об -571.6 кҶ/мол аст.
Саволи 3: Таҷзияи дуоксиди нитроген
Савол: Тағйироти стандартии энтальпияро (ΔH⁰) барои таҷзияи дуоксиди нитроген (\(NO_2\)) ба гази оксиди нитроген (\(NO\)) ва гази оксиген (O₂) бар асоси муодилаи зерин ҳисоб кунед:
\[ 2NO_2(г) \тирчаи рост 2НА(г) + O_2(г) \]
Рӯшан аст:
– ΔH⁰f \(NO_2(g)\) = 33.2 кҶ/мол
– ΔH⁰f \(NO(g)\) = 90.3 кҶ/мол
Муҳокима:
Ҳисобҳои монанд:
\[ ΔH⁰ = ∑ ΔH⁰f(маҳсулот) – ∑ ΔH⁰f(реактив) \]
Энтальпияи ташаккули маҳсулотро ҳисоб кунед:
\[
\begin{align}
∑ ΔH⁰f(ҳосил) & = [2(ΔH⁰f_{NO(g)} )] + [ ΔH⁰f_{O_2(g)}] \\
& = [2(90.3)] + [0] \\
& = 180.6 \text{ кҶ/мол}
\end{align}
\]
Энтальпияи ташаккули реактивҳоро ҳисоб кунед:
\[
\begin{align}
∑ ΔH⁰f(реактив) & = [2(ΔH⁰f_{NO_2(g)})] \\
& = [2(33.2)] \\
& = 66.4 \text{ кҶ/мол}
\end{align}
\]
Тағйирёбии стандартии энтальпияро (ΔH⁰) ҳисоб кунед:
\[ΔH⁰ = 180.6 – 66.4 = 114.2 \text{ кҶ/мол} \]
Ҳамин тариқ, тағйироти стандартии энтальпия барои таҷзияи дуоксиди нитроген 114.2 кҶ/мол аст.
Хулоса
Ҳисоб кардани тағйироти стандартии энтальпия (ΔH⁰) як усули муҳим дар термохимия мебошад. Бо фаҳмидани тарзи истифодаи энтальпияҳои стандартии ташаккул ва татбиқи қонуни Гесс, мо метавонем тағйироти энергияро дар реаксияҳои гуногуни химиявӣ муайян кунем. Тавассути масъалаҳои мисолии дар боло овардашуда, хонандагон интизор доранд, ки фаҳмиш ва қобилияти ҳисоб кардани тағйироти энтальпияро барои реаксияҳои гуногуни химиявӣ ба даст оранд. Ин дониш на танҳо барои таҳқиқоти илмӣ, балки барои барномаҳои гуногуни саноатӣ ва таҳқиқоти илмӣ низ муҳим аст.
