มาพูดถึงความร้อนของการก่อตัวกัน และกำหนดเงื่อนไขที่เรียกว่ามาตรฐานกันด้วย เพื่อให้เข้าใจปัญหานี้ เราจะหาความแตกต่างระหว่างสารธรรมดาและสารที่ซับซ้อน เพื่อรวมแนวคิดของ "ความร้อนของการก่อตัว" ให้พิจารณาสมการทางเคมีเฉพาะ
เอนทาลปีมาตรฐานของการก่อตัวของสาร
ในปฏิกิริยาของปฏิกิริยาของคาร์บอนกับก๊าซไฮโดรเจน พลังงาน 76 kJ จะถูกปล่อยออกมา ในกรณีนี้ ตัวเลขนี้คือผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเคมี แต่นี่ก็เป็นความร้อนของการก่อตัวของโมเลกุลมีเทนจากสารธรรมดา "ทำไม?" - คุณถาม. เนื่องจากองค์ประกอบเริ่มต้นคือคาร์บอนและไฮโดรเจน 76 kJ / mol จะเป็นพลังงานที่นักเคมีเรียกว่า "ความร้อนของการก่อตัว"
ตารางข้อมูล
ในเทอร์โมเคมี มีตารางจำนวนมากที่ระบุความร้อนของการก่อตัวของสารเคมีต่างๆ จากสารธรรมดา ตัวอย่างเช่น ความร้อนของการก่อตัวของสารที่มีสูตรคือ CO2 ในสถานะก๊าซมีดัชนี 393.5 kJ/mol.
ความคุ้มค่า
ทำไมเราต้องการค่าเหล่านี้ ความร้อนจากการก่อตัวเป็นค่าที่ใช้ในการคำนวณผลความร้อนของกระบวนการทางเคมีใดๆ ในการคำนวณดังกล่าว จำเป็นต้องใช้กฎของเทอร์โมเคมี
เทอร์โมเคมี
เขาเป็นกฎพื้นฐานที่อธิบายกระบวนการพลังงานที่สังเกตพบในกระบวนการของปฏิกิริยาเคมี ในระหว่างการโต้ตอบ จะสังเกตการเปลี่ยนแปลงเชิงคุณภาพในระบบปฏิกิริยา สารบางอย่างหายไป ส่วนประกอบใหม่ปรากฏขึ้นแทน กระบวนการดังกล่าวมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงในระบบพลังงานภายในซึ่งแสดงออกในรูปของงานหรือความร้อน งานที่เกี่ยวข้องกับการขยายตัวมีตัวบ่งชี้ขั้นต่ำสำหรับการเปลี่ยนแปลงทางเคมี ความร้อนที่ปล่อยออกมาจากการเปลี่ยนส่วนประกอบหนึ่งไปเป็นสารอีกชนิดหนึ่งอาจมีขนาดใหญ่
หากเราพิจารณาถึงการเปลี่ยนแปลงที่หลากหลาย เกือบทั้งหมดจะมีการดูดซับหรือปล่อยความร้อนออกมาในปริมาณหนึ่ง เพื่ออธิบายปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้น จึงมีการสร้างส่วนพิเศษขึ้นมา - เทอร์โมเคมี
กฎของเฮสส์
กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ทำให้สามารถคำนวณผลกระทบทางความร้อนโดยขึ้นอยู่กับเงื่อนไขของปฏิกิริยาเคมี การคำนวณเป็นไปตามกฎพื้นฐานของเทอร์โมเคมี ซึ่งก็คือกฎของเฮสส์ เราให้สูตรของมัน: ผลกระทบทางความร้อนของการเปลี่ยนแปลงทางเคมีเกี่ยวข้องกับธรรมชาติ สถานะเริ่มต้นและขั้นสุดท้ายของสสาร ไม่สัมพันธ์กับวิธีการโต้ตอบ
อะไรต่อจากคำนี้? ในกรณีของการได้รับผลิตภัณฑ์บางอย่าง ไม่จำเป็นต้องใช้ตัวเลือกการโต้ตอบเพียงตัวเลือกเดียว สามารถทำปฏิกิริยาได้หลายวิธี ไม่ว่าในกรณีใด ไม่ว่าคุณจะได้สารที่ต้องการด้วยวิธีใด ผลทางความร้อนของกระบวนการก็จะมีค่าเท่ากัน จำเป็นต้องสรุปผลเชิงความร้อนของการเปลี่ยนแปลงระดับกลางทั้งหมด ต้องขอบคุณกฎของเฮสส์ ทำให้สามารถคำนวณตัวบ่งชี้เชิงตัวเลขของผลกระทบทางความร้อน ซึ่งเป็นไปไม่ได้ที่จะทำในเครื่องวัดปริมาณความร้อน ตัวอย่างเช่น ในเชิงปริมาณความร้อนของการก่อตัวของสารคาร์บอนมอนอกไซด์คำนวณตามกฎของเฮสส์ แต่คุณจะไม่สามารถกำหนดได้โดยการทดลองทั่วไป นั่นคือเหตุผลที่ตารางเทอร์โมเคมีพิเศษมีความสำคัญมาก ซึ่งค่าตัวเลขสำหรับสารต่างๆ จะถูกป้อนโดยค่าตัวเลขที่กำหนดภายใต้เงื่อนไขมาตรฐาน
จุดสำคัญในการคำนวณ
เนื่องจากความร้อนของการก่อตัวเป็นผลทางความร้อนของปฏิกิริยา สถานะของการรวมตัวของสารที่เป็นปัญหามีความสำคัญเป็นพิเศษ ตัวอย่างเช่น เมื่อทำการวัด เป็นเรื่องปกติที่จะต้องพิจารณาว่ากราไฟต์เป็นสถานะมาตรฐานของคาร์บอนมากกว่าเพชร ความดันและอุณหภูมิยังถูกนำมาพิจารณาด้วย กล่าวคือ สภาวะที่ส่วนประกอบที่ทำปฏิกิริยาตั้งอยู่ในตอนแรก ปริมาณทางกายภาพเหล่านี้สามารถมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อปฏิสัมพันธ์ เพิ่มหรือลดค่าพลังงาน สำหรับการคำนวณพื้นฐานเทอร์โมเคมี เป็นเรื่องปกติที่จะใช้ตัวชี้วัดเฉพาะของความดันและอุณหภูมิ
เงื่อนไขมาตรฐาน
เนื่องจากความร้อนของการก่อตัวของสารคือการกำหนดขนาดของเอฟเฟกต์พลังงานภายใต้สภาวะมาตรฐาน เราจะแยกพวกมันออกมาต่างหาก เลือกอุณหภูมิสำหรับการคำนวณ 298 K (25 องศาเซลเซียส) ความดัน - 1 บรรยากาศ นอกจากนี้ จุดสำคัญที่ควรค่าแก่การใส่ใจคือความร้อนของการก่อตัวสำหรับสารธรรมดาใดๆ จะเป็นศูนย์ นี่เป็นเหตุผลเพราะสารง่าย ๆ ไม่ก่อตัวขึ้นนั่นคือไม่มีการใช้พลังงานสำหรับการก่อตัวของมัน
องค์ประกอบของเทอร์โมเคมี
วิชาเคมีสมัยใหม่ในส่วนนี้มีความสำคัญเป็นพิเศษ เนื่องจากที่นี่มีการคำนวณที่สำคัญ ได้ผลลัพธ์เฉพาะที่ใช้ในวิศวกรรมพลังงานความร้อน ในเทอร์โมเคมี มีแนวคิดและคำศัพท์มากมายที่จำเป็นต้องดำเนินการเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ต้องการ เอนทัลปี (ΔH) บ่งชี้ว่าปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นในระบบปิด ไม่มีอิทธิพลต่อปฏิกิริยาจากรีเอเจนต์อื่น ความดันคงที่ การชี้แจงนี้ช่วยให้เราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับความถูกต้องของการคำนวณที่ดำเนินการได้
ขึ้นอยู่กับชนิดของปฏิกิริยาที่พิจารณา ขนาดและสัญญาณของผลกระทบจากความร้อนที่ได้อาจแตกต่างกันอย่างมาก ดังนั้น สำหรับการเปลี่ยนแปลงทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการสลายตัวของสารที่ซับซ้อนหนึ่งตัวเป็นส่วนประกอบที่ง่ายกว่าหลายๆ อย่าง จะถือว่าการดูดซับความร้อน ปฏิกิริยาของการรวมสารตั้งต้นจำนวนมากเข้าเป็นผลิตภัณฑ์เดียวที่ซับซ้อนมากขึ้นจะมาพร้อมกับปล่อยพลังงานออกมาเป็นจำนวนมาก
สรุป
เมื่อแก้ปัญหาเทอร์โมเคมี จะใช้อัลกอริธึมของการกระทำเดียวกัน อันดับแรก ตามตาราง สำหรับแต่ละองค์ประกอบเริ่มต้น เช่นเดียวกับผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา ค่าของความร้อนของการก่อตัวจะถูกกำหนด โดยไม่ลืมสถานะของการรวมตัว นอกจากนี้ ด้วยกฎของเฮสส์ พวกเขาจึงสร้างสมการเพื่อหาค่าที่ต้องการ
ควรให้ความสนใจเป็นพิเศษโดยคำนึงถึงสัมประสิทธิ์สเตอริโอเคมีที่อยู่หน้าสารตั้งต้นหรือสารสุดท้ายในสมการเฉพาะ หากมีสารธรรมดาในปฏิกิริยา ความร้อนมาตรฐานของการก่อตัวจะเท่ากับศูนย์ กล่าวคือ ส่วนประกอบดังกล่าวจะไม่ส่งผลต่อผลลัพธ์ที่ได้จากการคำนวณ ลองใช้ข้อมูลที่ได้รับเกี่ยวกับปฏิกิริยาเฉพาะ หากเรายกตัวอย่างกระบวนการของการก่อตัวของโลหะบริสุทธิ์จากเหล็กออกไซด์ (Fe3+) โดยปฏิสัมพันธ์กับกราไฟท์จากนั้นคุณจะพบค่าในหนังสืออ้างอิง ของความร้อนมาตรฐานของการก่อตัว สำหรับเหล็กออกไซด์ (Fe3+) จะเป็น –822.1 kJ/mol สำหรับกราไฟต์ (สารธรรมดา) จะเท่ากับศูนย์ อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาทำให้เกิดคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) ซึ่งตัวบ่งชี้นี้มีค่า 110.5 kJ / mol และสำหรับเหล็กที่ปล่อยออกมาความร้อนของการก่อตัวจะเท่ากับศูนย์ บันทึกของความร้อนมาตรฐานของการเกิดปฏิกิริยาเคมีที่กำหนดมีลักษณะดังนี้:
ΔHo298=3× (–110.5) – (–822.1)=–331.5 + 822.1=490.6 kJ.
กำลังวิเคราะห์ผลลัพธ์ที่เป็นตัวเลขตามกฎหมายของเฮสส์ เราสามารถสรุปได้อย่างมีตรรกะว่ากระบวนการนี้เป็นการแปลงความร้อนด้วยความร้อน กล่าวคือ มันเกี่ยวข้องกับการใช้พลังงานสำหรับปฏิกิริยาของการลดธาตุเหล็กจากไตรวาเลนต์ออกไซด์