Door Tracy McConnell Bijgewerkt op 24 maart 2022

BZA/iStock/GettyImages

Enthalpie heeft betrekking op de warmte die wordt afgegeven door een reactie of die nodig is om een reactie te laten plaatsvinden. Het houdt verband met de sterkte van de bindingen in een stof, omdat er potentiële energie in die bindingen zit.

Om enthalpie te begrijpen, moeten eerst energie en thermodynamica worden begrepen. Wat is thermodynamica? Het is het kwantitatieve studie van energieoverdrachten en -transformaties.

Energieformulieren

Energieformulieren

Er zijn vele vormen van energie:elektrische energie, potentiële versus kinetische energie, chemische (bindings)energie of warmte. Atomen of moleculen kunnen elektrische energie hebben in de zin dat de elektronen kunnen worden gewonnen of gedoneerd. Elektrische energie is uiterst belangrijk omdat het gedrag van elektronen bepaalt hoe een atoom, molecuul of stof reageert.

De elektrische energie van moleculen heeft te maken met het concept van stabiliteit:wat elektronen willen doen. Orbitalen willen gevuld te worden. Positieve en negatieve ladingen trekken elkaar aan om het laagst mogelijke energieniveau te verkrijgen. Deeltjes met dezelfde lading zullen afstoten elkaar. Dit helpt bij het voorspellen wat elektronen zullen doen.

Bij de vorming van bindingen tussen atomen komt energie vrij of is er energie nodig. De hoeveelheid energie die nodig is om elementen aan elkaar te binden, wordt **bindingsenergie**

Energieoverdrachten en transformaties:

• Botsingen brengen kinetische energie over van een bewegend object naar een ander object.
• Een hete substantie naast een koelere substantie zal resulteren in een overdracht van energie (thermisch) van de een naar de ander.
• Potentiële energie wordt omgezet in kinetische energie wanneer een steen van een rand valt. Wanneer het gesteente de grond raakt, wordt zijn kinetische energie omgezet in thermische energie.
• Bij een verbrandingsreactie wordt chemische energie omgezet in thermische energie.
• Bij reacties die de moleculaire samenstelling veranderen, is energie nodig of komt er energie vrij.

De wet van behoud van energie stelt dat energie noch wordt gecreëerd, noch vernietigd.

Het concept van een systeem en omgeving in een gesloten systeem is erg belangrijk in de thermodynamica. Wanneer u temperatuurveranderingen meet, meet u de overdracht van energie van het systeem naar de omgeving (of omgekeerd). De totale hoeveelheid energie verandert niet, deze wordt alleen overgedragen.

Definitie van enthalpie

Definitie van enthalpie

**Enthalpie **(H ) is de thermodynamische functie die de warmtestroom beschrijft en wordt uitgedrukt in kJ/mol. Het is belangrijk op te merken dat enthalpie niet strikt een maatstaf voor warmte is, maar gerelateerd is aan druk en volume, zoals je kunt zien in de onderstaande formule.

De formatie-enthalpie is het verschil in enthalpie tussen een verbinding en de elementen waaruit deze is gemaakt.

Formule voor enthalpie

Formule voor enthalpie

H =E + pV

H =enthalpie, E =energie, p =druk, V =volume

**Eerste wet van de thermodynamica ** stelt dat de energie van een systeem plus zijn omgeving constant blijft en een som is van de warmte (q ) en het werk (w ) die in dat systeem plaatsvinden.

ΔE =q + w

Werk is ook een energiestroom tussen een systeem en zijn omgeving. Een gemakkelijke manier om arbeid als een energieoverdracht te visualiseren, is door je zuigers voor te stellen die bewegen wanneer er een kracht op wordt uitgeoefend.

**Wet van Hess:** Als er twee of meer gebalanceerde chemische vergelijkingen zijn om de stappen van een reactie weer te geven, is de verandering in enthalpie voor de nettovergelijking is de som van de verandering in enthalpieën voor elke individuele vergelijking.

Dit ondersteunt het feit dat enthalpie een toestandsfunctie is wat betekent dat het gevolgde pad geen invloed heeft op het eindresultaat in termen van het meten van enthalpie. Dit is in overeenstemming met de wet van behoud van energie, waarbij energie niet wordt gecreëerd of vernietigd.

Wanneer stoffen overgaan tussen fasen (vast, vloeibaar, gas) kan de energieoverdracht worden beschreven met de volgende formule:

**_q =nCm** Δ_**T **

q =warmte, n =mol, C_m =molaire warmtecapaciteit, Δ_T = temperatuurverandering

Specifieke warmtecapaciteit =de hoeveelheid energie die nodig is om de temperatuur van 1 kg materiaal met 1 graad Celsius te verhogen

Molaire specifieke warmtecapaciteit =de hoeveelheid energie die nodig is om de temperatuur van 1 mol materiaal met 1 eenheid te verhogen

Berekening van reactie-enthalpie

Berekening van reactie-enthalpie

**Voorbeeld 1:** Bereken de temperatuurverandering die het gevolg is van het toevoegen van 250 J thermische energie aan 0,50 mol kwik.

Visualiseer het diagram van het verwarmingssysteem en de omgeving, waarbij de pijlrichting naar gaat het systeem.

Gebruik de formule:_q =nCmΔT_

Omdat u wordt gevraagd naar de temperatuurverandering, herschikt u de formule:

ΔT =q/nCm

Zoek de molaire warmtecapaciteit van kwik op:28,3 J/mol K

ΔT =250 J/(p.50 mol)(28,3 J/mol K)
ΔT =17,7 K

Enthalpie van vorming

Enthalpie van vorming

Berekening van de formatie-enthalpie omvat het schrijven van evenwichtige chemische vergelijkingen en het combineren van de verandering in enthalpie van elke stap. Je moet de vergelijkingen zo reduceren dat je voor één atoom het atoom oplost dat in de vraag is gespecificeerd. Het proces wordt goed gedefinieerd in het onderstaande voorbeeld.

Berekening van de vormingsenthalpie

Berekening van de vormingsenthalpie

**Voorbeeld 2:** Bereken de enthalpieverandering per mol koolmonoxide voor de reactie van koolmonoxide met zuurstof om kooldioxide te geven.

Koolstof die met beperkte zuurstof wordt verbrand, resulteert in koolmonoxide (CO), maar als er voldoende zuurstof is, zal het product kooldioxide (CO2) zijn.

2 C (s) –> + O2 (g) –> 2 CO (g)

ΔH =-221,0 kJ

2 C (s) + O2 (g) –> CO2 (g)

ΔH =-393,5 kJ

Herschik de eerste vergelijking, keer de ΔH om en breng vervolgens de tweede vergelijking in evenwicht.

2 CO 9g) –> 2 C (s) + O2 (g)

ΔH =+221,0 kJ

2 C (s) + 2 O2 (g) –> 2 CO2 (g)

ΔH =(2 mol)(-393,5 kJ) =-787,0 kJ

Schrap de '2 C (s)' en de 'O2' aan de rechterkant van de eerste vergelijking met de equivalenten aan de linkerkant van de tweede vergelijking om het volgende te bereiken:

2 CO (g) + O2 (g) –> 2 CO2 (g)

ΔH =(221,0 kJ) + (-787,0 kJ) =-566,0 kJ

Omdat de vergelijking om 1 mol CO2 vraagt, en niet om 2, deel je alle delen van de vergelijking door 2 om dit te bereiken.

CO (g) + 1/2 O2 (g) –> CO2 (g)

ΔH =-566,0 kJ/2 =-283,0 kJ

Methoden voor het meten van enthalpie

Methoden voor het meten van enthalpie

Calorimetrie is de wetenschappelijke meting van de warmteoverdracht van een systeem naar de omgeving of omgekeerd. Er zijn twee soorten calorimeters; één waarin de druk constant blijft en de andere waar de druk kan veranderen. Als er in een systeem met constante druk een volumeverandering plaatsvindt, heeft er expansiewerk plaatsgevonden. Eén scenario waarin dit kan gebeuren is wanneer bij een chemisch proces gassen betrokken zijn.