استفاده از آنتالپي پيوند براي محاسبه گرماي واکنش

 در يک واکنش شيميايي برخي پيوندها در واکنش دهنده ها شکسته مي شوند و پيوندهاي تازه اي در فرآورده ها تشکيل مي شود. مي دانيد که شکستن پيوندها گرماگير و تشکيل پيوند گرماده است.

تشکيل پيوندها ΔH  + شکستن پيوندها ΔH  =  واکنش ΔH

و همچنين به صورت زير هم مي توان با استفاده از انرژي پيوند گرماي واکنش را محاسبه کرد.

]مجموع انرژيهاي پيوند تشکيل شده [-] مجموع انرژيهاي پيوندهاي شکسته شده [ = واکنش H

مثال : اگر متان با گاز کلر واکنش دهد يکي از فرآورده ها تتراکلريد کربن است. با استفاده از جدول انرژي پيوند واکنش HΔ را محاسبه کنيد و تعيين کنيد واکنش گرماده است يا گرماگير .

CH_{4 (g)} + 4 CL_{2 (g)} ® CCL_{4 (g)} + 4 HCL

انرژي پيوند KJ	پيوند
۴۱۵	C- H
۳۹۲	C- CL
۲۴۰	CL – CL
۴۳۱	H - CL

 

فرمول

(مجموع انرژي پيوندهاي تشکيل شده) – ( مجموع انرژي پيوندهاي شکسته شده) = واکنش H Δ

[(431×4)+(392×4)]-[(240×4)+(415×4)]= واکنش H Δ

420KJ- = واکنش H Δ

واکنش گرماده است چون ΔH   منفي بدست آمده است.

تعيين آنتالپي واکنشهاي شيميايي و تمرین

گرماي يک واکنش را مي توان به روش مستقيم يا غير مستقيم تعيين کرد. در روش مستقيم بايد مقداري از واکنش دهنده ها را در شرايط مناسب بر هم اثر داد و گرماي حاصل را توسط گرماسنج اندازه گرفت. اما گرماي بسياري از واکنش ها را نمي توان به طور مستقيم اندازه گيري کرد چون در شرايط سختي انجام مي شوند. گرماي چنين واکنشهايي را از روش غيرمستقيم محاسبه مي کنند.

 

 روشهاي غيرمستقيم تعيين آنتالپي

بر طبق قانون هس «اگر يک واکنش جمع دو يا چند واکنش ديگر باشد، Δ H واکنش کلي مجموع مقادير Δ H  همه ي واکنش هاي تشکيل دهنده آن است.

تمرین :

Δ H  واکنش زير را بدست آوريد

2NH₃(g) + 3 N₂O(g) ® 4 N₂(g) + 3 H₂O (l)     Δ=

1) 4 NH₃(g) + 3 O₂ (g) ® 2N₂(g) + 6 H₂O (l)     ΔH = -153 kj

2)      N₂o (g) + H₂ (g) ® N₂ (g) + H₂O (l)     Δ H = -367/4 kj

3)      H₂(g) ® N₂ (g) + H₂O (l)                       Δ H =  -285/9kj

پاسخ : چون معادله مورد نظر داراي ۲ مول NH₃ در طرف چپ است معادله ي اول را بر ۲ تقسيم مي کنيم.

 Δ H  معادله اول هم بر ۲ تقسيم مي شود.

معادله دوم و Δ H  آن را در ۳ ضرب مي کنيم تا ضريب N2O   با ضريب معادله ي مورد نظر يکي شود.  براي حذف H₂۳ از سمت چپ بايد معادله سوم را در ۳ ضرب کرده و سپس آن را وارونه کنيم. علامت با ضريب معادله ي مورد نظر يکي شود. Δ H آن هم تغيير مي کند (چون وارونه شده)

1)     2 NH_3(g) + 2/1 O_{2 (g)} ® N_2(g) + 3 H₂O (l)     ΔH =  -765/5 kj

2)    3 N₂o _(g) +3 H_{2 (g)} ® 3N_{2 (g)} +3 H₂O (l)     Δ H =  -1102/2 kj

3)          3 H₂O (l) ® 3 H₂(g)+ ½ o2 _(g)                 Δ H = + 85/7 kj

اين معادله ها و Δ H هاي آن را با هم جمع مي کنيم. موارد مشابه را از دو طرف حذف مي کنيم.

2 NH₃ (g) + 3 N₂O (g) ® 4 N_2(g) + 3 H₂O (l)     Δ H =  - 1010 kj

برخي از تغيير آنتالپي هاي مهم

1- آنتالپي تشکيل ( تشکيل  ْ ΔH) : گرماي تشکيل برابر مقدار گرمايي است که موقع تشکيل يک مول از ترکيب از مواد ساده ي سازنده اش در فشار ثابت حاصل مي شود.

C(S) + 2H2(g) ® CH4(g)    

  ΔH ْ تشکيل = - I74/9KJ

آنتالپي تشکيل مي شود مثبت يا منفي باشد ( تشکيل شدن گرماگير يا گرماده باشد) . آنتالپي تشکيل پايدارترين دگر شکل يک عنصر در حالت استاندارد صفر در نظر گرفته شده است .

۲ – آنتالپي سوختن ( سوختن H  ْ Δ) : گرماي حاصل از سوختن يک مول از ماده در مقدار کافي اکسيژن خالص در فشار ثابت را آنتالپي سوختن مي نامند. مثلاً از سوختن يک مول متان  Kg۸۰۲/۷ گرما آزاد مي شود.

۳ – آنتالپي ذوب (ذوب H  ْ Δ) : مقدار گرماي لازم براي ذوب شدن يک مول ماده را آنتالپي ذوب آن ماده مي نامند. مثلاً براي ذوب کردن يک مول نفتالن kg ۱۸/۹۸  گرما لازم است.

۴ – آنتالپي تبخير (تبخير Δ H) وقتي يک مول از ماده اي تصعيد شود، تغيير آنتالپي اين فرآيند را آنتالپي تصعيد مي نامند. يک مول يخ خشک در فشار معمولي مستقيماً به گاز CO2 تبديل مي شود و  Kg۲۵/۲ گرما  مي گيرد.

۶ – آنتالپي پيوند : اتمهاي H در مولکول H2 توسط پيوند کووالانسي به هم متصل شده اند. براي شکستن اين پيوند بايد انرژي مصرف شود. به انرژي لازم براي شکستن پيوند انرژي تفکيک پيوند يا آنتالپي پيوند مي گويند.

اين مقدار براي ملکول H2 برابر  KJ۴۳۵ است.