Ostatnia aktualizacja: 30 October 2024

Kalkulator entalpii

Q: Co to jest entalpia w chemii?

Entalpia w chemii określa przepływ ciepła w układzie pod stałym ciśnieniem. Z grubsza rzecz biorąc, zmiana entalpii w reakcji chemicznej równa się ilości energii utraconej lub uzyskanej podczas reakcji. Układ często dąży do stanu, w którym jego entalpia maleje podczas reakcji .

Q: Czy ujemna zmiana entalpii wskazuje na reakcję egzotermiczną?

Tak . O reakcji chemicznej, która ma ujemną entalpię, mówi się, że jest egzotermiczna . Oznacza to, że układ traci energię , a więc produkty mają mniej energii niż reagenty . Zatem termin egzotermiczny oznacza, że układ traci lub oddaje energię.

Q: Jak obliczyć zmianę entalpii?

Możesz obliczyć zmianę entalpii w podstawowy sposób, wykorzystując entalpię produktów i reagentów: ΔH°=∑ΔH produktów − ΔH reagentów Dla przykładu przyjrzyjmy się reakcji Na + + Cl - → NaCl . Aby znaleźć zmianę entalpii: Użyj entalpii produktu NaCl ( -411,15 kJ ). Sprawdź entalpię Na + ( -240,12 kJ ) i Cl - ( -167,16 kJ ). Oblicz zmianę entalpii: ΔH° = 1 · -411,15 kJ − (1 · -240,12 kJ − 1 · 167,16 kJ) = -3,87 kJ Pamiętaj o uwzględnieniu współczynników stechiometrycznych!

Q: Ile wynosi entalpia tworzenia wody?

-571,7 kJ . Załóżmy, że z gazowego wodoru, H 2 , i gazowego tlenu, O 2 , powstaje woda, H 2 O. Aby znaleźć entalpię: Napisz reakcję tworzenia: 2H 2 + O 2 → 2H 2 O . Zauważ, że entalpia H 2 i O 2 w stanie podstawowym jest równa zero . Oblicz entalpię jako: ∑ΔH produktów − ΔH reagentów = 2 · -285,83 kJ − ( 2 · 0 kJ · 0 kJ) = -571,7 kJ .

Opracowanie: Bogna Szyk i dr Dominik Czernia

Dominik Czernia

PhD, Institute of Nuclear Physics PAN

LinkedInWebsiteResearch Gate

Physicist at the Institute of Nuclear Physics in Kraków interested in magnetism and always ready to explain everything to everyone in simple terms. He is currently working on adding more scientific papers to his collection, accompanied by his son and another baby on its way. A perfectionist with an acute eye for detail, he has a unit converter in his brain and uses it to compare prices at the supermarket. Loves peace and quiet, especially during hiking. See full profile

Check our editorial policy

Recenzja: Steven Wooding

Steven Wooding

Physicist holding a 1st class degree and a member of the Institute of Physics. Creator of the UK vaccine queue calculator, and featured in many publications, including The Sun, Daily Mail, Express, and Independent. Tenacious in researching answers to questions and has an affection for coding. Hobbies include cycling, walking, and birdwatching. You can find him on Twitter @OmniSteve. See full profile

Check our editorial policy

Tłumaczenie: dr Dominik Czernia

Dominik Czernia

PhD, Institute of Nuclear Physics PAN

LinkedInWebsiteResearch Gate

Check our editorial policy

i dr Hanna Pamuła

Nowy

Spis treści

Co to jest entalpia?Reakcja endotermiczna czy egzotermiczna?Wzór na entalpię Tabela i definicja standardowej entalpii tworzenia Jak obliczyć entalpię reakcji FAQs

Nasz kalkulator entalpii pomoże ci obliczyć zmianę entalpii reakcji. Zostań z nami, aby dowiedzieć się, jak obliczyć entalpię i poznać jej definicję. W artykule wyjaśnimy również różnicę między reakcjami endo- i egzotermicznymi, a także przedstawimy przykładowe obliczenia.

Co to jest entalpia?

Entalpia mierzy całkowitą energię układu termodynamicznego — w postaci energii wewnętrznej lub objętości pomnożonej przez ciśnienie. Jest to funkcja stanu, zależna tylko od stanu równowagi układu.

Bardziej interesującą wielkością jest zmiana entalpii, czyli całkowita energia, która została wymieniona w układzie. Jest to uproszczony opis transferu energii, w którym energia jest w postaci ciepła lub pracy wykonanej podczas rozprężania.

Reakcja endotermiczna czy egzotermiczna?

Istnieją dwa główne typy reakcji termodynamicznych: endotermiczne i egzotermiczne. Reakcja endotermiczna powoduje pochłanianie ciepła z otoczenia. Reakcja egzotermiczna uwalnia ciepło do otoczenia.

Oba typy reakcji powodują zmianę poziomów energetycznych molekuł, a więc i zmianę entalpii. Wszystko, co musisz zapamiętać na potrzeby tego kalkulatora to:

Jeśli reakcja jest endotermiczna, zmiana entalpii jest dodatnia, ponieważ ciepło jest pozyskiwane (pochłaniane z otoczenia).
Jeśli reakcja jest egzotermiczna, zmiana entalpii jest ujemna, ponieważ ciepło jest tracone (oddawane do otoczenia).

Wzór na entalpię

Entalpia, z definicji, jest sumą energii wewnętrznej układu i pracy wykonanej przy rozprężaniu:

\footnotesize H = U + pV

gdzie $U$ oznacza energię wewnętrzną, $p$ — ciśnienie, a $V$ — objętość. Zauważ, że druga część ściśle przypomina równania, które znajduje się w kalkulatorze praw gazowych 🇺🇸: związek między ciśnieniem a objętością pozwala nam znaleźć podobny związek między ilością materii a temperaturą.

Jeśli jednak chcemy obliczyć zmianę entalpii, musimy rozważyć dwa stany — początkowy i końcowy. Założymy, że ciśnienie jest stałe w czasie trwania reakcji. Wtedy zmiana entalpii wynosi:

\footnotesize \Delta H = (U_2-U_1)+p\cdot(V_2-V_1)

lub w skrócie:

\footnotesize \Delta H = \Delta U+ p\cdot \Delta V

gdzie:

$U_2$ i $V_2$ — odpowiednio energia wewnętrzna i objętość produktów reakcji,
$U_1$ i $V_1$ — odpowiednio energia wewnętrzna i objętość reagentów,
$p$ — stałe ciśnienie,
$\Delta U$ — zmiana energii wewnętrznej,
$\Delta V$ — zmiana objętości, oraz
$\Delta H$ — zmiana entalpii.

Tabela i definicja standardowej entalpii tworzenia

Dla bardziej konkretnych problemów możemy zdefiniować standardową entalpię tworzenia się związku, oznaczaną jako $\Delta H_\mathrm{f}\degree$ . Jest to zmiana entalpii, $\Delta H$ , podczas tworzenia się jednego mola substancji w jej stanie standardowym $\degree$ (ciśnienie $10^5 \ \mathrm{Pa} = 1\ \mathrm {bar}$ i temperatura $25 \degree \mathrm{C} = 298, \!15 \ \mathrm{K}$ ), z budujących ją pierwiastków w ich odpowiednich stanach podstawowych.

Stan podstawowy pierwiastka to jego najbardziej stabilna konfiguracja w wyżej wymienionych warunkach. Niektóre przykłady stanów podstawowych to azot w postaci cząsteczek gazu $\mathrm N_{2}$ i węgiel w postaci grafitu.

Wzór na standardową entalpię tworzenia dla reakcji jest następujący:

\footnotesize \begin{split} \Delta H\degree_\mathrm{reakcji}& = \sum \Delta H_\mathrm{f}\degree(\mathrm{produktów})\\ &\quad \ \ - \Delta H_\mathrm{f}\degree(\mathrm{reagentów}) \end{split}

gdzie:

$\Delta H\degree_\mathrm{reakcji}$ — zmiana standardowej entalpii tworzenia, wyrażona w kJ;
$\Delta H_\mathrm{f}\degree(\mathrm{produktów})$ — suma standardowych entalpii tworzenia produktów wyrażona w kJ/mol; oraz
$\Delta H_\mathrm{f}\degree(\mathrm{reagentów})$ — suma standardowych entalpii tworzenia reagentów, wyrażona w kJ/mol.

Jeśli będziesz szczególnie uważny/a, to zauważysz, że wielkości $\Delta H_\mathrm{f}\degree(\mathrm{produktów})$ i $\Delta H_\mathrm{f}\degree(\mathrm{reagentów})$ mają inne jednostki niż $\Delta H\degree_\mathrm{reakcji}$ . Dzieje się tak dlatego, że musisz je pomnożyć przez liczbę moli, czyli współczynnik przed związkiem w zapisie reakcji. Pokażemy ci później przykład, który powinien to wszystko wyjaśnić.

Zanim to jednak nastąpi, możesz nas zapytać: "Jak obliczyć standardową entalpię tworzenia dla każdego związku?". Najprostszą odpowiedzią jest użycie tabeli standardowych entalpii tworzenia! Oto przykładowa z nich:

Substancja	$\Delta H_\mathrm{f}\degree$ ( $\mathrm{kJ/mol}$ )
$\mathrm O_{2\mathrm{(g)}}$	$0$
$\mathrm{SO}_{2\mathrm{(g)}}$	$-296,\! 83$
$\mathrm{SO}_{3\mathrm{(g)}}$	$-395,\! 72$
$\mathrm{H}_2\mathrm{O}_\mathrm{(c)}$	$-285,\! 8$
$\mathrm{Cu}_2\mathrm{O}_{\mathrm{(s)}}$	$-168,\! 6$
$\mathrm{Mg}^{2+}_\mathrm{(aq)}$	$-466,\! 85$

Symbole w nawiasach oznaczają stan: $\mathrm{s}$ — ciało stałe, $\mathrm{c}$ — ciecz, $\mathrm{g}$ — gaz, a $\mathrm{aq}$ — roztwór wodny. Jeśli potrzebujesz standardowej entalpii tworzenia dla innych substancji, wybierz odpowiedni związek z rozwijanej listy kalkulatora entalpii. Uwzględniliśmy wszystkie najczęściej występujące związki!

Przećwiczmy naszą nowo zdobytą wiedzę, używając powyższej tabeli standardowych entalpii tworzenia. Dla przykładu mamy następującą reakcję:

2\mathrm{SO}_{3\mathrm{(g)}}\rightarrow 2\mathrm{SO}_{2\mathrm{(g)}} + \mathrm{O}_{2\mathrm{(g)}}

Jaka jest zmiana entalpii w tym przypadku? Dodajemy $\Delta H_\mathrm{f}\degree$ dla $\mathrm{SO}_{2\mathrm{(g)}}$ i $O_{2\mathrm{(g)}}$ , a następnie odejmujemy $\Delta H_\mathrm{f}\degree$ dla $\mathrm{SO}_{3\mathrm{(g)}}$ . Pamiętaj, aby pomnożyć wartości przez odpowiednie współczynniki stechiometryczne!

\footnotesize \begin{split} \Delta H\degree_\mathrm{reakcji} \!&=\! 2\ \mathrm{mol}\!\cdot\!(-296,\!83\ \mathrm{kJ/mol})\\ &\!+1\ \mathrm{mol} \cdot 0\ \mathrm{kJ/mol}\\ &\!-2\ \mathrm{mol}\cdot(-395,\!72\ \mathrm{kJ/mol}) \end{split}

Zauważmy, że jednostki współczynników $\mathrm{mol}$ eliminują odpowiednie jednostki $\mathrm{mol}$ w mianowniku, więc ostateczna odpowiedź jest w $\mathrm{kJ}$ :

\Delta H\degree_\mathrm{reakcji} = 197,\! 78\ \mathrm{kJ}

To wszystko! Czy nasz kalkulator entalpii nie jest mimo wszystko szybszym sposobem niż całe te żmudne obliczenia?

🙋 Nasze narzędzie dotyczące przeliczania ciśnienia 🇺🇸 pomoże ci przeliczyć jednostki ciśnienia bez żadnych trudności!

Jak obliczyć entalpię reakcji

Kalkulator entalpii ma dwa tryby pracy. Możesz obliczyć zmianę entalpii na podstawie schematu reakcji lub korzystając ze wzoru na entalpię. Jeśli wybierzesz ten pierwszy sposób:

Spójrz na schemat reakcji, który pojawił się na górnej części kalkulatora. Czy potrzebujesz dodatkowego reagenta/produktu (C lub F)? Jeśli tak, wprowadź wartości współczynników i wybierz dodatkowe substancje z listy (lub wybierz opcję Custom).
Spójrz na schemat reakcji, który pojawił się w górnej części kalkulatora. Czy potrzebujesz dodatkowego reagenta/produktu (C lub F)? Jeśli tak, to kliknij przycisk trybu zaawansowanego (Advanced mode).
Wypełnij pola w części Reagenty. Musisz podać współczynnik stechiometryczny i wybrać substancję z listy rozwijanej (są one uporządkowane alfabetycznie). Jeśli nie możesz znaleźć odpowiedniej, wybierz opcję Inny i wpisz standardową entalpię tworzenia w kJ/mol (jeśli nie masz jej pod ręką, sprawdź w tablicach, np. na stronie Chemistry LibreTexts).
Zrób to samo dla sekcji Produkty.
Sprawdź schemat reakcji i odczytaj wynik. To jest standardowa zmiana entalpii tworzenia dla twojej reakcji!
Opcjonalnie sprawdź tabelę standardowych entalpii tworzenia (dla wybranych przez ciebie związków), którą wyświetlamy na samym dole.

Jeśli chcesz obliczyć zmianę entalpii ze wzoru na entalpię:

Zacznij od określenia zmiany objętości twojej substancji. Załóżmy, że twoja ciecz rozszerzyła się o $5$ litrów.
Znajdź zmianę energii wewnętrznej substancji. Załóżmy, że energia twojej substancji wzrosła o $2000\ \mathrm{J}$ .
Zmierz ciśnienie otoczenia. Przyjmiemy, że wynosi ono 1 atmosferę.
Wprowadź wszystkie te wartości do równania $\Delta H = \Delta U + p\cdot \Delta V$ , aby otrzymać zmianę entalpii:

\footnotesize \begin{split} \Delta H &= 2000\ \mathrm{J}+1\ \mathrm{atm}\cdot 5\ \mathrm{l}\\ &=2000\ \mathrm{J}+101 \ 325\ \mathrm{Pa}\cdot 0, \!005\ \mathrm{m^3}\\ &=2506, \!63\ \mathrm{J} \end{split}

Nasz kalkulator entalpii może również znaleźć entalpię na podstawie początkowej i końcowej energii wewnętrznej oraz objętości.

🙋 Z Omni Calculator możesz poznać inne ciekawe koncepcje termodynamiki związane z entalpią: wypróbuj nasz kalkulator entropii 🇺🇸 oraz kalkulator energii swobodnej Gibbsa 🇺🇸!

FAQs

Co to jest entalpia w chemii?

Entalpia w chemii określa przepływ ciepła w układzie pod stałym ciśnieniem. Z grubsza rzecz biorąc, zmiana entalpii w reakcji chemicznej równa się ilości energii utraconej lub uzyskanej podczas reakcji. Układ często dąży do stanu, w którym jego entalpia maleje podczas reakcji.

Czy ujemna zmiana entalpii wskazuje na reakcję egzotermiczną?

Tak. O reakcji chemicznej, która ma ujemną entalpię, mówi się, że jest egzotermiczna. Oznacza to, że układ traci energię, a więc produkty mają mniej energii niż reagenty. Zatem termin egzotermiczny oznacza, że układ traci lub oddaje energię.

Jak obliczyć zmianę entalpii?

Możesz obliczyć zmianę entalpii w podstawowy sposób, wykorzystując entalpię produktów i reagentów:

ΔH°=∑ΔH_produktów − ΔH_reagentów

Dla przykładu przyjrzyjmy się reakcji Na⁺ + Cl^- → NaCl. Aby znaleźć zmianę entalpii:

Użyj entalpii produktu NaCl (-411,15 kJ).
Sprawdź entalpię Na⁺ (-240,12 kJ) i Cl^- (-167,16 kJ).
Oblicz zmianę entalpii:

ΔH° = 1 · -411,15 kJ − (1 · -240,12 kJ − 1 · 167,16 kJ) = -3,87 kJ

Pamiętaj o uwzględnieniu współczynników stechiometrycznych!

Które substancje mają zerową standardową entalpię tworzenia?

Wszystkie czyste pierwiastki w stanie standardowym (np. gazowy tlen, węgiel w formie grafitu itp.) mają zerową standardową entalpię tworzenia. Entalpia tworzenia oznacza zmianę entalpii podczas tworzenia jednego mola substancji. Natomiast pierwiastek powstający sam z siebie nie wydziela ciepła, więc jego entalpia tworzenia będzie równa zero.

Ile wynosi entalpia tworzenia wody?

-571,7 kJ. Załóżmy, że z gazowego wodoru, H₂, i gazowego tlenu, O₂, powstaje woda, H₂O. Aby znaleźć entalpię:

Napisz reakcję tworzenia: 2H₂ + O₂ → 2H₂O.
Zauważ, że entalpia H₂ i O₂ w stanie podstawowym jest równa zero.
Oblicz entalpię jako:

∑ΔH_produktów − ΔH_reagentów = 2 · -285,83 kJ − ( 2 · 0 kJ · 0 kJ) = -571,7 kJ.