NHIỆT DUNG DỊCH: CÁCH TÍNH, ỨNG DỤNG VÀ BÀI TẬP - VẬT LÝ - 2026

Các sức nóng của giải pháp hay entanpi của giải pháp là nhiệt được hấp thụ hoặc phát hành trong quá trình giải thể một số tiền nhất định của chất tan trong dung môi, trong điều kiện áp suất không đổi.

Khi một phản ứng hóa học xảy ra, năng lượng được yêu cầu cả để hình thành và phá vỡ các liên kết cho phép hình thành các chất mới. Năng lượng giúp các quá trình này diễn ra là nhiệt, và nhiệt hóa học là ngành khoa học chịu trách nhiệm nghiên cứu chúng.

Nguồn: Pixnio.

Đối với thuật ngữ entanpi, nó được dùng để chỉ dòng nhiệt khi các quá trình hóa học xảy ra trong điều kiện áp suất không đổi. Việc tạo ra thuật ngữ này là do nhà vật lý người Hà Lan Heike Kamerlingh Onnes (1853 - 1926), người đã phát hiện ra hiện tượng siêu dẫn.

Nó được tính như thế nào?

Để tìm entanpi, chúng ta phải bắt đầu từ định luật đầu tiên của nhiệt động lực học, coi sự biến thiên nội năng ΔU của một hệ là do nhiệt lượng Q hấp thụ và công do tác nhân bên ngoài tác dụng lên nó:

Trong đó công là tích phân âm trên toàn bộ thể tích của tích của sự thay đổi thể tích áp suất và chênh lệch. Định nghĩa này tương đương với tích phân âm của tích vô hướng của lực và vectơ độ dời trong công cơ học:

Khi áp dụng điều kiện áp suất không đổi nêu trên, P có thể đi ra khỏi tích phân; do đó công việc là:

-Biểu thức cho entanpi

Nếu thay kết quả này bằng Δ U, chúng ta thu được:

Đại lượng U + PV được gọi là entanpi H, do đó:

Enthalpy được đo bằng jun, vì nó là năng lượng.

Giải pháp entanpi

Các thành phần ban đầu của dung dịch là chất tan và dung môi, và chúng có entanpi ban đầu. Khi sự hòa tan này diễn ra, nó sẽ có entanpi riêng.

Trong trường hợp này, sự thay đổi entanpi theo jun có thể được biểu thị như sau:

Ở dạng entanpi chuẩn ΔH ^o , trong đó kết quả tính bằng jun / mol

Nếu phản ứng tỏa nhiệt thì dấu của ΔH là âm (quá trình tỏa nhiệt), nếu nó hấp thụ nhiệt (quá trình thu nhiệt) thì dấu là dương. Và đương nhiên, giá trị của entanpi dung dịch sẽ phụ thuộc vào nồng độ của dung dịch cuối cùng.

Các ứng dụng

Nhiều hợp chất ion có thể hòa tan trong các dung môi phân cực, chẳng hạn như nước. Dung dịch muối (natri clorua) trong nước hoặc nước muối đang được sử dụng phổ biến. Bây giờ, entanpi của dung dịch có thể được coi là sự đóng góp của hai năng lượng:

- Một để phá vỡ liên kết chất tan - chất tan và dung môi - dung môi

- Cái khác là cần thiết trong việc hình thành các liên kết chất tan - dung môi mới.

Trong trường hợp hòa tan một ion muối trong nước, cần phải biết cái gọi là entanpi mạng tinh thể của chất rắn và entanpi của sự hyđrat hóa để tạo thành dung dịch, trong trường hợp của nước. Nếu nó không phải là nước, thì nó được gọi là entanpi của solvat hóa.

Entanpi mạng tinh thể là năng lượng cần thiết cho sự phân hủy mạng lưới ion và hình thành các ion thể khí, một quá trình luôn thu nhiệt, vì năng lượng phải được cung cấp cho chất rắn để phân tách nó thành các ion cấu thành và đưa chúng về trạng thái khí.

Ngược lại, các quá trình hydrat hóa luôn tỏa nhiệt, vì các ion hydrat hóa bền hơn các ion ở trạng thái khí.

Bằng cách này, việc tạo ra dung dịch có thể tỏa nhiệt hoặc thu nhiệt, tùy thuộc vào việc sự phân hủy mạng tinh thể ion của chất tan cần nhiều hay ít năng lượng hơn so với mức cung cấp của quá trình hydrat hóa.

Phép đo bằng nhiệt lượng kế

Trong thực tế, có thể đo ΔH trong một nhiệt lượng kế, về cơ bản bao gồm một bình chứa cách nhiệt được trang bị nhiệt kế và một que khuấy.

Đối với bình chứa, nước hầu như luôn được đổ vào đó, đây là chất lỏng đo nhiệt lượng xuất sắc, vì đặc tính của nó là tham chiếu chung cho tất cả các chất lỏng.

Nhiệt lượng kế cũ được Lavoisier sử dụng. Nguồn: Gustavocarra.

Tất nhiên các vật liệu của nhiệt lượng kế cũng tham gia vào quá trình trao đổi nhiệt, ngoài nước. Nhưng nhiệt dung của toàn bộ cụm, được gọi là hằng số nhiệt lượng kế, có thể được xác định riêng biệt với phản ứng và sau đó được tính đến khi nó xảy ra.

Sự cân bằng năng lượng như sau, ghi nhớ điều kiện không có rò rỉ năng lượng trong hệ thống:

- Nước lỏng được tạo thành:

½ O ₂ + ½ H ₂ → H ₂ O _lỏng ; Δ H ^o = -285,9 kJ / mol

- Bây giờ bạn phải hình thành giải pháp:

K + H ₂ O _rắn → ½ H ₂ + KOH _lỏng ; Δ H ^o = -2011 kJ / mol

Lưu ý rằng dấu hiệu của sự phân huỷ của KOH đã bị đảo ngược, đó là do Định luật Hess: khi các chất phản ứng được chuyển thành sản phẩm, sự thay đổi entanpi không phụ thuộc vào các bước tiếp theo và khi phương trình cần phải đảo ngược. , như trong trường hợp này, dấu hiệu thay đổi entanpi.

Cân bằng năng lượng là tổng đại số của các entanpi:

-Bài tập 2

Entanpi của dung dịch cho phản ứng tiếp theo được xác định trong một nhiệt lượng kế áp suất không đổi và hằng số nhiệt lượng kế được biết là 342,5 J / K. Khi hòa tan 1,423 g natri sunfat Na ₂ SO ₄ trong 100,34 g nước thì nhiệt độ thay đổi là 0,037 K. Tính entanpi chuẩn của dung dịch Na ₂ SO ₄ từ các dữ liệu này.

Giải pháp

Entanpi chuẩn của giải pháp được giải từ phương trình cho ở trên:

Đối với natri sunfat: M _s = 142,04 g / mol; m _s = 1,423 g

Và đối với nước: m _nước = 100,34 g; M _nước = 18,02 g / mol; C _{nước; m} = 75,291 J / K mol

Δ T = 0,037 K

C _{nhiệt lượng kế} = 342,5 J / K

Người giới thiệu

1. Cengel, Y. 2012. Nhiệt động lực học. Ed thứ 7 Mc.Graw Hill. 782 - 790
2. Engel, T. 2007. Nhập môn Hóa lý: Nhiệt động lực học. Giáo dục Pearson. 63-78.
3. Giancoli, D. 2006. Vật lý: Các nguyên tắc với ứng dụng. 6 .. Ed Prentice Hall. 384-391.
4. Maron, S. 2002. Các nguyên tắc cơ bản của Hóa lý. Limusa. 152-155.
5. Serway, R., Jewett, J. (2008). Vật lý cho Khoa học và Kỹ thuật. Tập 1. Thứ 7. Ed. Cengage Learning. 553-567.