Стандартная энтальпия образования - Standard enthalpy of formation

В стандартная энтальпия образования или стандартная теплота пласта соединения - это изменение энтальпия при формировании 1 моль вещества из его составляющих элементы, со всеми веществами в их стандартные состояния. Стандартное значение давления п^⦵ = 10⁵ Па (= 100 кПа = 1 бар ) рекомендуется ИЮПАК, хотя до 1982 г. значение 1,00 банкомат (101,325 кПа).^[1] Стандартной температуры нет. Его символ - Δ_жЧАС^⦵. Верхний индекс Плимсолл на этом символе означает, что процесс произошел в стандартных условиях при указанной температуре (обычно 25 ° C или 298,15 K). Стандартные состояния следующие:

1. Для газа: гипотетическое состояние, которое предполагалось бы, если бы он подчинялся уравнению идеального газа при давлении 1 бар.
2. Для растворенное вещество присутствует в идеальное решение: концентрация ровно один моль на литр (1M ) при давлении 1 бар
3. Для чистого вещества или растворитель в конденсированном состоянии (жидкость или твердое вещество): стандартное состояние - чистая жидкость или твердое вещество под давлением 1 бар.
4. Для элемента: форма, в которой элемент наиболее стабилен при давлении 1 бар. Одно исключение фосфор, для которой наиболее устойчивая форма при 1 бар черный фосфор, но белый фосфор выбран в качестве стандартного эталонного состояния для нулевой энтальпии образования.^[2]

Например, стандартная энтальпия образования углекислый газ будет энтальпией следующей реакции при вышеуказанных условиях:

C (s, графит ) + O₂(г) → CO₂(г)

Все элементы записываются в своих стандартных состояниях, и образуется один моль продукта. Это верно для всех энтальпий образования.

Стандартная энтальпия образования измеряется в единицах энергии на количество вещества, обычно указывается в килоджоуль на моль (кДж моль⁻¹), но и в килокалория на моль, джоуль на моль или килокалорию на грамм (любая комбинация этих единиц, соответствующая нормативам энергии на массу или количество).

Все элементы в своих стандартных состояниях (кислород газ, твердое тело углерод в виде графит и т. д.) имеют стандартную энтальпию образования, равную нулю, поскольку в их образовании нет никаких изменений.

Реакция образования представляет собой процесс при постоянном давлении и постоянной температуре. Поскольку давление стандартной реакции образования фиксировано на уровне 1 бар, стандартная энтальпия образования или теплота реакции является функцией температуры. Для целей таблицы все стандартные энтальпии образования приведены для одной температуры: 298 K, представленной символом Δ._жЧАС^⦵
_{298 К}.

Закон Гесса

Для многих веществ реакцию образования можно рассматривать как сумму ряда более простых реакций, реальных или вымышленных. В энтальпия реакции затем можно проанализировать, применив Закон Гесса, в котором говорится, что сумма изменения энтальпии для ряда отдельных стадий реакции равно изменению энтальпии всей реакции. Это верно, потому что энтальпия государственная функция, значение которого для всего процесса зависит только от начального и конечного состояний, а не от каких-либо промежуточных состояний. Примеры приведены в следующих разделах.

Ионные соединения: цикл Борна – Габера

Стандартное изменение энтальпии образования в Борн – Габер диаграмма для фторид лития. ΔH_{решетка} соответствует U_L в тексте. Стрелка вниз «сродство к электрону» показывает отрицательную величину –EA_F, поскольку EA_F обычно определяется как положительный.

Для ионных соединений стандартная энтальпия образования эквивалентна сумме нескольких членов, включенных в Цикл Борна – Габера. Например, формирование фторид лития,

Li (s) +¹⁄₂ F₂(г) → LiF (т)

можно рассматривать как сумму нескольких шагов, каждый со своей энтальпией (или приблизительно энергией):

1. В стандартная энтальпия распыления (или сублимация ) твердого лития.
2. В первая энергия ионизации лития газообразного.
3. Стандарт энтальпия распыления (или энергия связи) газообразного фтора.
4. В электронное сродство атома фтора.
5. В энергия решетки фторида лития.

Сумма всех этих энтальпий дает стандартную энтальпию образования фторида лития.

${ displaystyle Delta H _ { text {f}} = Delta H _ { text {sub}} + { text {IE}} _ { text {Li}} + { frac {1} {2} } { text {B (F – F)}} - { text {EA}} _ { text {F}} + { text {U}} _ { text {L}}.}$

На практике энтальпию образования фторида лития можно определить экспериментально, но энергию решетки нельзя измерить напрямую. Поэтому уравнение перестраивается, чтобы оценить энергию решетки.^[3]

${ displaystyle -U _ { text {L}} = Delta H _ { text {sub}} + { text {IE}} _ { text {Li}} + { frac {1} {2}} { text {B (F – F)}} - { text {EA}} _ { text {F}} - Delta H _ { text {f}}.}$

Органические соединения

Реакции образования большинства органических соединений являются гипотетическими. Например, углерод и водород не будут напрямую реагировать с образованием метан (CH₄), так что стандартную энтальпию образования нельзя измерить напрямую. Однако стандартная энтальпия горения легко измерить с помощью калориметрия бомбы. Затем определяется стандартная энтальпия образования с использованием Закон Гесса. Сжигание метана (CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 часа₂O) эквивалентен сумме гипотетического разложения на элементы с последующим сгоранием элементов с образованием диоксида углерода и воды:

CH₄ → C + 2 H₂

C + O₂ → CO₂

2 ч₂ + O₂ → 2 H₂О

Применяя закон Гесса,

Δ_{расчесывать}ЧАС^⦵(CH₄) = [Δ_жЧАС^⦵(CO₂) + 2 Δ_жЧАС^⦵(ЧАС₂O)] - Δ_жЧАС^⦵(CH₄).

Решая эталон энтальпии образования,

Δ_жЧАС^⦵(CH₄) = [Δ_жЧАС^⦵(CO₂) + 2 Δ_жЧАС^⦵(ЧАС₂O)] - Δ_{расчесывать}ЧАС^⦵(CH₄).

Значение Δ_жЧАС^⦵(CH₄) составляет -74,8 кДж / моль. Отрицательный знак показывает, что реакция, если бы она продолжилась, была бы экзотермический; то есть метан энтальпийно более устойчив, чем газообразный водород и углерод.

Можно предсказать теплоту пласта для простых без напряжения органические соединения с теплота образования групповая аддитивность метод.

Использование в расчетах для других реакций

В стандартное изменение энтальпии любой реакции могут быть рассчитаны из стандартных энтальпий образования реагентов и продуктов с использованием закона Гесса. Данная реакция рассматривается как разложение всех реагентов на элементы в их стандартных состояниях с последующим образованием всех продуктов. Тогда тепло реакции минус сумма стандартных энтальпий образования реагентов (каждая из которых умножена на соответствующий стехиометрический коэффициент, ν) плюс сумма стандартных энтальпий образования продуктов (каждая также умноженная на соответствующий стехиометрический коэффициент), как показано в уравнении ниже:^[4]

Δ_рЧАС^⦵ = Σν Δ_жЧАС^⦵(продукция) - Σν Δ_жЧАС^⦵(реактивы).

Если стандартная энтальпия продуктов меньше стандартной энтальпии реагентов, стандартная энтальпия реакции отрицательна. Это означает, что реакция экзотермическая. Обратное также верно; стандартная энтальпия реакции положительна для эндотермической реакции. Этот расчет основан на негласном предположении идеальное решение между реагентами и продуктами, где энтальпия смешения равно нулю.

Например, для сжигания метана CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 часа₂О:

Δ_рЧАС^⦵ = [Δ_жЧАС^⦵(CO₂) + 2 Δ_жЧАС^⦵(ЧАС₂O)] - [Δ_жЧАС^⦵(CH₄) + 2 Δ_жЧАС^⦵(O₂)].

Однако O₂ - элемент в стандартном состоянии, так что Δ_жЧАС^⦵(O₂) = 0, а теплота реакции упрощается до

Δ_рЧАС^⦵ = [Δ_жЧАС^⦵(CO₂) + 2 Δ_жЧАС^⦵(ЧАС₂O)] - Δ_жЧАС^⦵(CH₄),

которое представляет собой уравнение для энтальпии сгорания Δ, приведенное в предыдущем разделе._{расчесывать}ЧАС^⦵.

Ключевые концепции для расчета энтальпии

1. Когда реакция обратная, величина ΔЧАС остается прежним, но знак меняется.
2. Когда сбалансированное уравнение реакции умножается на целое число, соответствующее значение ΔЧАС также должно быть умножено на это целое число.
3. Изменение энтальпии реакции может быть рассчитано из энтальпий образования реагентов и продуктов.
4. Элементы в их стандартных состояниях не вносят вклад в расчет энтальпии реакции, поскольку энтальпия элемента в его стандартном состоянии равна нулю. Аллотропы элемента, отличного от стандартного состояния, обычно имеют ненулевые стандартные энтальпии образования.

Примеры: стандартные энтальпии образования при 25 ° C

Термохимические свойства выбранных веществ при 298,15 К и 1 атм.

Неорганические вещества

Алифатические углеводороды

Другие органические соединения

Смотрите также

• Калориметрия
• Энтальпия
• Теплота сгорания
• Термохимия

использованная литература

• Зумдал, Стивен (2009). Химические принципы (6-е изд.). Бостон. Нью-Йорк: Хоутон Миффлин. С. 384–387. ISBN  978-0-547-19626-8.

внешние ссылки

• Интернет-книга NIST по химии