Закон на Хес и промяна на енталпията на реакцията

Вече знаем малко за топлината на образуване, промяната в енталпията и какво е енталпия, затова можем да поговорим и за закона на Хес. Законът на Хес Това, което казва той, е, че промяната в енергията при даден процес не зависи от това как преминаваме от едното състояние към другото. Всъщност това произлиза от факта, че енергията е променлива на състоянието. Независимо дали говорим за енталпия или за вътрешна енергия, те са променливи на състоянието. И много пъти сме говорили, че няма значение колко стъпки има до края или по кой начин ще стигнеш дотам. Но как може да използваме това при обикновени реакции? Нека си измисля някоя реакция А плюс В образува, не знам, да кажем, че образува С и D. И искаме да определим промяната в енталпията на реакцията или всъщност колко топлина е погълната или отдадена при нея. Не знам колко е. Не съм я мерил. Имам само топлините на образуване. Знам само как... Знам топлината на образуване на А, да наречем това топлина на образуване. Запомни: Н не идва от топлина (*Heat - от англ.) Въпреки че я наричаме топлина на образуване, това всъщност е промяната в енталпията, стандартната промяна в енталпията. Но промяната на енталпията ние познаваме като топлина, и оттам топлина. Промяната в енталпията при образуване е равна на топлината на образуване. Този малък знак тук показва, че това е стандартната топлина на образуване. Можем да я проверим в таблица и да кажем, че е някакво число. Имаме и топлината на образуване на В, делта топлина на образуване да я наречем на В. Това е топлината на образуване на А и стандартна топлина на образуване. И можем да проверим в таблицата топлината на образуване на С, която е промяна в енталпията и топлината на образуване на D. Всички тези неща можем да проверим в таблицата, нали? Ще го направим след малко. Сега, Законът на Хес ни казва, че промяната в енергията, промяната в – енталпията е това, което измерваме тук – тази промяна в енталпията тук не зависи от това какво правим. Значи, че вместо да вземем тази реакция, можем да кажем "Хей, нека от тази рекция се върнем" – нека използвам друг цвят – "нека се върнем към изходните вещества, един вид съставките на тези трите." Ако това беше въглероден диоксид, щяхме да се върнем към въглерод и кислород. Щяхме да се върнем към елементите. И колко енергия – каква е промяната в енталпията, като се върнем към съставките? Топлината на образуване е това, което получавмте ОТ елементите ДО А или ОТ елементите ДО В. Значи стигането от А и В до елементите ще бъде минус тези. Ще вземем реакцията в другата посока. Тази промяна ще бъде минус делта топлината на образуване на, предполагам, А или топлинната на разлагане на А, почти можеш да го видиш. И ще е същото за В. И тогава това са просто елементите. И сега можем да отидем от елементите обратно към продуктите, защото тук имаме същите атоми. Просто се пренареждат в други молекули. Можем да се върнем от елементите тук горе. Знаем тези какви са. Знаем колко енергия е необходима, за да стигнем от елементите до С и D. Това са техните топлини на образуване. Законът на Хес ни казва, че делта H на реакцията, делта H на реакцията, промяната в енталпията на реакцията, всъщност ще бъде сумата от каквото ни трябва да разложим тези, което ще бъде минус топлината им на образуване, плюс каквото ни трябва, за да образуваме тези тук. Значи можем да го запишем като делта Н на образуване на С плюс делта Н на образуване на D. Значи Н на образуване на тези минус Н на образуване на тези. Това ни трябва, за да стигнем до елементите. Значи минус делта Н на образуване на А, минус делта Н на образуване на В. И получаваме топлината на реакцията. Ако е отрицателна, ще се е отделила енергия. Ако е числото е положително, тогава значи имаме повече енергия тук, отколкото на тази страна, значи на реакцията ѝ трябва топлина, за да протече, значи е ендотермична. Всичко това е доста абстрактно, както и всичко, което съм казвал за закона на Хес. Нека го приложим в задачи. Да кажем, че имам тази реакция, където започвам с амоняк. Това е амоняк газ. И ще реагира с молекулен кислород, за да получим азотен диоксид – 4 мола – и вода. Та каква е топлината на тази реакция? Това, което правим, е да намерим топлините на образуване на всяко от тези. Нека просто ги проверим. Да започнем с амоняка. Каква е топлината на образуване на амоняка? Винаги я дават е килоджаулове на мол, Така че се дава за един мол амоняк. За да се образува един мол амоняк... Да погледнем тук. Всичко това е от Уикипедия. И започваме от течно или газообразно състояние? Ами, мисля, че просто – виждаш, започвам от газообразно състояние. Написал съм това Г там. Амонякът в газообразно състояние има топлина на образуване минус 45,9 на джаул. Та какво става – минус 45,9 килоджаула на мол Минус 45,9 килоджаула на мол. Това е само за един мол амоняк, топлината на образуване. В килоджаули е. Сега просто ще проверя всичките. Каква е топлината на образуване на кислорода? Дори няма да проверявам това, защото кислородът тук участва като елемент. Ако някога видиш нещо във вида, който винаги приема, преди да му направиш нещо, топлината му на образуване е 0. Ако видиш О2, топлината му на образуване е 0. Ако видиш водород, ако видиш Н2, топлината му на образуване е 0. Ако видиш само въглерод, топлината на образуване е 0. Въглерод в твърдо състояние – топлина на образуване 0, при стандартна температура и налягане. Ами на азотния моноксид? Нека проверим това. Ето го тук. Азотен моноксид. Топлина на образуване. Положителна е, 90,29. И накрая каква е топлината на образуване на водата? Ами нека погледнем. Течна вода. Минус 285,83. Сега, може да се изкушиш да кажеш: „Добре, законът на Хес гласи, че ако търсим делта Н на тази реакцията, просто взимаме това плюс това и изваждаме това.“ И почти е така, но ще получиш грешен отговор, защото това са топлините на образуване за мол. Но забелязваме, че в тази реакция имаме 4 мола от това плюс 5 мола от това и получаваме 4 мола от това плюс 6 мола от това. Значи трябва да умножим тези по броя на моловете. Значи тук трябва да умножа това по 4, 4 тук и трябва да го умножа по 4 тук и трябва да умножа по 6 тук. Не се притеснявай за 0 пъти по 5, защото ще е просто 0. Нека приложим закона на Хес, за да намерим делта Н на реакцията. Делта Н на реакцията ще е равно на 4 пъти топлината на образуване на азотния моноксид – 4 по 90,29 – плюс 6 пъти топлината на образуване на водата. Значи плюс – ще сменя цвета – 6 по минус 285,83. И между другото това, че топлината на образуване на азотния моноксид е положителна, значи, че трябва да добавиш топлина към системата, за да получиш това от елементите, така че съединението да е с повече енергия от елементите. Няма да стане от само себе си. А водата, от друга страна, освобождава енергия, когато я получиш от елементите ѝ. Така че тя е един вид по-стабилна. Както и да е. Нека… Та това са топлините на образуване на продуктите. Сега искаме да извадим топлините на образуване на реактантите в реакцията. Тук има 4 по 45,9 – нека проверя. Минус 45,9 е. Нали? Амонякът има топлина на образуване –45,9. Какво остава накрая? Нека извадя калкулатора. Та имам… ще го сложа тук. Трябва да мога да видя резултата. Добре, просто ще го оставя извън екрана, защото екранът се е позапълнил. Значи имам… просто ще смятам тук. 4 по 90,29 плюс 6 по 285,83 отрицателно е равно на… Дотук сме на минус 1 353. Това звучи ли правилно? Да, вярно изглежда. И сега от това вадим 4 по минус 45,9. Искаме да извадим – та минус 4 по 45,9 отрицателно е равно на минус 1 170. Значи делта Н за реакцията е равна на минус 1 170 килоджаула за реакцията. Всичко, което направихме, беше да вземем топлините на образуване на продуктите, да ги умножим по броя молове и да извадим топлините на образуване на реактантите. Това е всичко. Да направим още един пример. Да кажем, че имам пропан. Имам пропан и ще го изгоря. Ще изгоря пропана, за да получа въглероден диоксид във вода. Тук е същото. Каква е топлината на образуване на пропана? Да погледнем тук. Невероятно е колко уморителни са тези таблици. Пропана в течно състояние е тук долу. Топлина на образуване минус 104,7. Нека запиша това. Минус 104,7 Топлината на образуване на кислород като елемент. Винаги намираме кислорода така. Значи е просто 0. Топлината на образуване на въглеродния диоксид… Да видим. Въглероден диоксид като газ: минус 393,5. И вода. Вече намерихме това. Минус 285,83. Значи колко топлина се отделя, когато изгорим един мол пропан? Да видим. Трябва да намерим топлината на продуктите, топлината на образуване на продуктите – това ще е 3 по това. Защото сме получили 3 мола от това. За всеки мол освобождаваме толкова енергия. И после плюс 4 по това и после вадим 1 по това. И какво получаваме? Получаваме 3 по 393,5 (и това е отрицателно) е равно на това. Плюс 4 по 285,83 отрицателно е равно на минус 2 300 килоджаула приблизително. И сега трябва да извадим 1 по това Или можем просто да добавим 104,7. Това ще направя. Значи плюс 104,7 е равно на 2 200. Значи топлината на тази реакция е равна на минус 2 219 килоджаула в тази посока. За всеки мол пропан, който изгарям, ще получавам тази енергия. Защото това тук има горе-долу 2 200 килоджаула по-малко от тази страна. Всъщност мога да препиша тази реакция, където пиша всичко това и мога да добавя… Всъщност, нека го напиша. Мога да препиша тази реакция като С3Н8 пропан плюс 5 кислорода правят 3 пъти въглероден диоксид плюс 4 пъти вода плюс 2 219 килоджаула. Това се отделя при реакцията. Тя е екзотермична. Тази страна на реакцията има по-малко топлина от тази. А това не се изпарява. То се освобождава. И тук се освобождава. Понякога ще видиш въпрос, където се казва: "Добре, намери топлината на тази реакция. Колко топлина ще се отдели, ако ти дадем… не знам, да кажем, че ти дадем 33 грама пропан?“ Ами тогава мислиш: „Добре, Колко мола пропан е това?“ Защото, когато изгарям 1 мол пропан, получавам толкова топлина. Та колко мола пропан има в 33 грама? Колко тежи един мол? Един мол въглерод тежи 12 грама, един мол водород тежи 1 грам. Значи един мол пропан ще бъде 3 по 12 – значи по 3, защото имаме 3 въглерода и 8 водорода, значи по 8 – ще е равно на 36 плюс 8. Това ще е 44. Значи това ще е 44 грама на мол, нали? Това е – нека го запиша – 44 грама на мол. Сега, ако ти дам 33 грама, колко мола ти давам? Ами 33 грама по – предполагам, че можем да кажем – 1 върху 44 мола на грам – няма нужда да пиша цял грам тук. И грамовете се съкращават. Давам ти 33 върху 44 мола или 0,75 мола. И ако един мол отделя толкова енергия, 3/4 от един мол ще отделят 3/4 от това. Значи трябва да умножим това по 0,75. И получаваме 1 664. Значи по 0,75 е равно на 1 664. Ако ти дам 1 мол пропан и го изгоря с достатъчно кислород, ще получа 2 200 килоджаула, които се отделят от системата. Значи тази част от системата има . по-малко енергия от другата. Но ако ти дам само 33 грама, които са 3/4 мол, то тогава ще се отделят приблизително 1600 килоджаула. Както и да е. Надявам се това да ти е полезно.