溶液的热或溶液的焓是在一定压力下,一定量的溶质在溶剂中的溶解过程中吸收或释放的热。
当发生化学反应时,需要能量来形成和破坏允许形成新物质的键。为这些过程发生而流动的能量是热量,热化学是负责研究它们的科学分支。
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至于焓,它是指在恒定压力条件下发生化学过程时的热流。该术语的产生归因于荷兰物理学家海克·卡默林格·昂内斯(Heike Kamerlingh Onnes,1853年-1926年),他是发现超导性的那个人。
如何计算?
为了找到焓,我们必须从热力学第一定律开始,该定律认为系统的内部能量ΔU的变化是由于吸收的热量Q和某些外部因素对其进行的功W引起的:
功是压力与体积微分变化乘积的整个体积的负积分。此定义等效于机械功中力与位移矢量的标量积的负积分:
当采用上述恒压条件时,P可以超出积分;因此工作是:
-表达焓
如果将该结果代入ΔU,我们将获得:
数量U + PV称为焓H,因此:
焓是以焦耳为单位的,因为它是能量。
溶液焓
溶液的初始成分是溶质和溶剂,它们具有原始的焓。当这种溶解发生时,它将具有自己的焓。
在这种情况下,焦耳的焓变可以表示为:
无论是在标准焓ΔH形式ø,其中该结果是焦耳/摩尔
如果反应放热,则ΔH的符号为负(放热过程),如果吸收热量(吸热过程),则ΔH的符号为正。当然,溶液焓的值将取决于最终溶液的浓度。
应用领域
许多离子化合物可溶于极性溶剂,例如水。盐(氯化钠)在水或盐水中的溶液是常用的。现在,解决方案的焓可以认为是两种能量的贡献:
-一种打破溶质-溶质和溶剂-溶剂键的方法
-另一个是形成新的溶质-溶剂键所需要的。
在离子盐溶解在水中的情况下,对于水,需要知道固体的所谓晶格焓和形成溶液的水合焓。如果不是水,则称其为溶剂化焓。
晶格焓是离子网络分解并形成气态离子所必需的能量,该过程始终是吸热的,因为必须向固体提供能量才能将其分离成其组成离子并使它们进入气态。
另一方面,水合过程总是放热的,因为水合离子比气态离子更稳定。
以这种方式,溶液的产生可以是放热的或吸热的,这取决于溶质的离子晶格的分解需要比水合提供的能量更多还是更少的能量。
用热量计进行测量
实际上,可以在量热计中测量ΔH,该量热计基本上由一个装有温度计和搅拌棒的绝缘容器组成。
对于容器,几乎总是将水倒入其中,这是量热液体的卓越表现,因为其性能是所有液体的通用参考。
Lavoisier使用的旧热量表。资料来源:Gustavocarra。
当然,除了水之外,量热计的材料还参与热交换。但是整个组件的热容量(称为量热常数)可以与反应分开确定,然后在发生反应时加以考虑。
能量平衡如下,请记住系统中没有能量泄漏的情况:
-形成液态水:
½O 2 +½H 2 →H 2 O 液体; ΔH o = -285.9 kJ / mol
-现在您必须形成解决方案:
固体 K + H 2 O→½H 2 + KOH 水溶液; ΔH o = -2011 kJ /摩尔
注意,KOH的分解焓的符号已经反转,这是由于赫斯定律所致:当反应物转化为产物时,焓的变化不取决于所遵循的步骤以及何时需要对方程进行反转,在这种情况下,焓变符号。
能量平衡是焓的代数和:
-练习2
在恒压量热仪中确定下一反应溶液的焓,已知量热常数为342.5 J /K。将1.423 g硫酸钠Na 2 SO 4溶于100.34 g水中时,温度变化为0.037K。根据这些数据计算Na 2 SO 4溶液的标准焓。
解
解决方案的标准焓由上面给出的方程式求解:
对于硫酸钠:M s = 142.04 g / mol;米小号 =1.423克
对于水:m 水 = 100.34 g;M 水 = 18.02 g / mol; C 水; m = 75.291 J / K mol
ΔT = 0.037千
C 热量计 = 342.5 J / K
参考文献
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