Àpẹẹrẹ Àwọn Ìbéèrè àti Ìjíròrò nípa Àwọn Ìbáṣepọ̀ Thermochemical
Thermochemistry jẹ́ ẹ̀ka kemistri kan tí ó ń ṣe àyẹ̀wò àwọn ìyípadà agbára tí ó ń ṣẹlẹ̀ nígbà àwọn ìyípadà kẹ́míkà, pàápàá jùlọ gbigbe ooru. Thermochemistry ní àwọn èrò bíi enthalpy, entropy, àti Gibbs free energy, èyí tí a lò láti sọ àsọtẹ́lẹ̀ ìtọ́sọ́nà àti àìròtẹ́lẹ̀ àwọn ìyípadà. Nínú àpilẹ̀kọ yìí, a ó ṣe àgbéyẹ̀wò ọ̀pọ̀lọpọ̀ àpẹẹrẹ ìṣòro àti jíròrò àwọn ìdọ́gba thermochemical.
Àwọn Ìpìlẹ̀ Ẹ̀kọ́ nípa Thermochemistry
Kí a tó bẹ̀rẹ̀ sí í wo àwọn ìbéèrè àpẹẹrẹ àti ìjíròrò wọn, ó ṣe pàtàkì láti mọ àwọn kókó pàtàkì nípa thermochemistry:
1. Enthalpy (H): Enthalpy jẹ́ irú agbára kan nínú ètò kan tí a ń wọn lábẹ́ àwọn ipò ìfúnpá tí ó dúró ṣinṣin. A lè sọ ìyípadà nínú enthalpy (\( \Delta H \)) gẹ́gẹ́ bí:
\[ \Delta H = H_{ọjà} – H_{reactant} \]
2. Àwọn Ìhùwàsí Endothermic àti Exothermic:
– Àwọn ìṣesí exothermic jẹ́ àwọn ìṣesí tí ó ń tú ooru jáde sínú àyíká (\( \Delta H < 0 \)). - Àwọn ìṣesí endothermic jẹ́ àwọn ìṣesí tí ó ń fa ooru láti inú àyíká (\( \Delta H > 0 \)).
3. Òfin Hess: Òfin Hess sọ pé gbogbo ìyípadà enthalpy ti ìṣe kẹ́míkà kan jẹ́ bákan náà yálà ìṣe náà wáyé ní ìgbésẹ̀ kan tàbí ní ìgbésẹ̀ mélòókan. A lè sọ ọ́ gẹ́gẹ́ bí:
\[ \Delta H_{lapapọ} = \Delta H_1 + \Delta H_2 + … + \Delta H_n \]
Àpẹẹrẹ Àwọn Ìbéèrè àti Ìjíròrò
Àpẹẹrẹ Ìbéèrè 1: Ṣíṣírò Ìyípadà Enthalpy
Nítorí ìṣesí wọ̀nyí:
\[ 2H_2(g) + O_2(g) \ọ́nà ọ̀tún 2H_2O(l) \]
Tí a bá mọ̀ pé ìyípadà enthalpy nínú ìṣẹ̀dá omi (\( \Delta H_f \)) jẹ́ -285.8 kJ/mol. Ṣàrò gbogbo ìyípadà enthalpy fún ìhùwàpadà náà.
Ìjíròrò:
A le ṣe iṣiro iyipada enthalpy ti iṣedaṣe kan (\( \Delta H_{reaction} \)) nipa lilo iyipada enthalpy ti dida awọn ọja ati awọn reactants.
Won ti mo:
– \[ \Delta H_f(H_2O(l)) = -285.8 \text{ kJ/mol} \]
Níwọ́n ìgbà tí a ti ṣẹ̀dá àwọn moles omi méjì, gbogbo ìyípadà enthalpy nínú ìṣe náà ni:
\[ \Delta H_{ìṣesí} = 2(-285.8 \text{ kJ/mol} ) \]
\[ \Delta H_{reaction} = -571.6 \text{ kJ} \]
Nítorí náà, gbogbo ìyípadà enthalpy fún ìṣe yìí jẹ́ -571.6 kJ. Ìṣe yìí jẹ́ exothermic nítorí \( \Delta H \) jẹ́ odi.
Àpẹẹrẹ Ìbéèrè 2: Lílo Òfin Hess
Nítorí ìṣesí wọ̀nyí:
\[ C(s) + O_2(g) \rightarrow CO_2(g) \hspace{2mm} \text{(1)} \]
\[ C(s) + 1/2 O_2(g) \rightarrow CO(g) \hspace{2mm} \text{(2)} \]
\[ CO(g) + 1/2 O_2(g) \rightarrow CO_2(g) \hspace{2mm} \text{(3)} \]
Won ti mo:
– \(\Delta H_1 = -393.5 \ọ̀rọ̀{ kJ}\)
– \(\Delta H_2 = -110.5 \ọ̀rọ̀{ kJ}\)
Ṣírò ìyípadà enthalpy fún ìṣesí (3).
Ìjíròrò:
Lo Òfin Hess láti pinnu ìyípadà enthalpy fún ìṣesí (3). Ṣàkíyèsí pé ìṣesí (3) le jẹ́ ti ìṣesí (1) àti (2):
\[ \text{Ìdáhùn } (3): CO(g) + 1/2 O_2(g) \rightarrow CO_2(g) \]
Ìyípadà ìṣesí (2) láti lo òfin Hess:
\[ CO_2(g) \rightarrow C(s) + O_2(g) \hspace{2mm} \text{(inverse 1)}, \Delta H = +393.5 \text{ kJ} \]
\[ C(s) + 1/2 O_2(g) \rightarrow CO(g) \hspace{2mm} \text{(2)}, \Delta H = -110.5 \text{ kJ} \]
Bayi ṣafikun awọn iṣe naa:
\[ CO_2(g) \ọtuntarrow C(s) + O_2(g) + 1/2 O_2(g) \ọtuntarrow CO(g) + 1/2 O_2(g) \]
\[ CO_2(g) \rightarrow C(s) + O_2(g) \rightarrow CO(g) + 1/2 O_2(g) \]
Ṣe afikun awọn ayipada enthalpy:
\[ \Delta H_{reaction} = 393.5 – 110.5 \text{ kJ}\]
\[ \Delta H_{reaction} = 283.0 \text{ kJ}\]
Nítorí náà, fún ìṣesí \( CO(g) + 1/2 O_2(g) \rightarrow CO_2(g) \), ìyípadà enthalpy jẹ́ -283.0 kJ.
Àpẹẹrẹ Ìbéèrè 3: Ìdáhùn Kálórímítà
Tí a bá fún wọn ní 100 mL ti 1.0 M hydrochloric acid (HCl) àti 100 mL ti 1.0 M sodium hydroxide (NaOH). Nígbà tí a bá da àwọn méjèèjì pọ̀ mọ́ calorimeter kan, ìwọ̀n otútù náà yóò pọ̀ sí i láti 25.0 °C sí 31.0 °C. Tí agbára ooru omi omi náà bá jẹ́ 4.18 J/g°C àti pé ìwọ̀n omi náà jẹ́ 1.0 g/mL, ṣírò ìyípadà enthalpy ti neutralization.
Ìjíròrò:
Awọn igbesẹ:
1. Ṣírò ìwọ̀n omi náà:
\[ \text{Iye lapapọ} = 100 \text{ mL} + 100 \text{ mL} = 200 \text{ mL} \]
\[ \text{Mass} = 200 \text{ g} \] (nítorí pé ìwọ̀n omi náà jẹ́ 1 g/mL)
2. Ṣírò ìyípadà iwọn otutu:
\[ \Delta T = 31.0 \ọ̀rọ̀{ °C} – 25.0 \ọ̀rọ̀{ °C} = 6.0 \ọ̀rọ̀{ °C} \]
3. Ṣírò agbára tí omi náà gbà:
\[ q = m \cdot c \cdot \Delta T \]
\[ q = 200 \ọ̀rọ̀{ g} \ìgbà 4.18 \ọ̀rọ̀{ J/g°C} \ìgbà 6.0 \ọ̀rọ̀{ °C} \]
\[ q = 5016 \ọ̀rọ̀{ J} \]
\[ q = 5.016 \ọ̀rọ̀{ kJ} \]
4. Ṣírò ìyípadà enthalpy:
\[ \Delta H = \frac{q_{\text{solution}}}{\text{mol HCl}} \]
Ní ríronú pé àwọn moles ti HCl àti NaOH jẹ́ ọ̀kan náà:
\[ \text{Moles HCl} = 1.0 \text{ M} \times 0.100 \text{ L} = 0.100 \text{ mol} \]
\[ \Delta H = \frac{5.016 \text{ kJ}}{0.100 \text{ mol}} \]
\[ \Delta H = -50.16 \text{ kJ/mol} \]
Nítorí náà, ìyípadà enthalpy fún ìdènà HCl àti NaOH jẹ́ -50.16 kJ/mol, èyí tí ó fi hàn pé ìhùwàpadà exothermic kan wà.
Ipari
Thermochemistry jẹ́ ẹ̀ka pàtàkì kan nínú kemistri tó ń ràn wá lọ́wọ́ láti lóye bí agbára ṣe ń yípadà àti bí a ṣe ń yípadà nínú àwọn ìṣe kẹ́míkà. Nípa lílóye àwọn èrò ìpìlẹ̀ bíi enthalpy àti òfin Hess, àti níní agbára láti lò wọ́n sí àwọn ìṣòro tó wúlò, a lè sọ àsọtẹ́lẹ̀ àwọn ìyípadà agbára tó máa ń wáyé nínú onírúurú ìṣe kẹ́míkà. Àpilẹ̀kọ yìí ti gbé àwọn àpẹẹrẹ ìṣòro kalẹ̀ tí ó ṣeéṣe kí ó ran wá lọ́wọ́ láti mú kí òye wa nípa àwọn ìṣedéédé thermochemical lágbára sí i.
