3 spôsoby výpočtu entalpie chemickej reakcie

Počas každej chemickej reakcie sa teplo môže buď prijímať z prostredia, alebo sa do neho uvoľňovať. Výmena tepla medzi chemickou reakciou a jej prostredím je známa ako entalpia reakcie alebo H. H sa však nedá merať priamo – namiesto toho vedci používajú zmena v teplote reakcie v priebehu času na zistenie zmeniť v entalpii v priebehu času (označuje sa ako ∆H). Pomocou ∆H môže vedec určiť, či pri reakcii vzniká teplo (alebo „je exotermická„) alebo prijíma teplo (alebo „je endotermická„). Vo všeobecnosti, ∆H = m x s x ∆T, kde m je hmotnosť reaktantov, s je merné teplo produktu a ∆T je zmena teploty reakcie.

Metóda 1 z 3:Riešenie úloh o entalpii


Určte produkty a reaktanty vašej reakcie. Každá chemická reakcia zahŕňa dve kategórie chemických látok – produkty a reaktanty. Produkty sú chemické látky vytvorené reakciou, zatiaľ čo reaktanty sú chemické látky, ktoré vzájomne na seba pôsobia, spájajú sa alebo sa rozkladajú aby vznikol súčin. Inými slovami, reaktanty reakcie sú ako prísady v recepte, zatiaľ čo produkty sú ako hotový pokrm. Ak chcete zistiť ∆H pre reakciu, najprv identifikujte jej produkty a reaktanty.

  • Ako príklad uveďme, že chceme zistiť entalpiu reakcie pre vznik vody z vodíka a kyslíka: 2H2 (vodík) + O2 (Kyslík) → 2H2O (voda). V tejto rovnici, H2 a O2 sú reaktanty a H2O je súčin.


Určte celkovú hmotnosť reaktantov. Potom zistite hmotnosti vašich reaktantov. Ak nepoznáte ich hmotnosti a nie ste schopní odvážiť reaktanty na vedeckých váhach, môžete použiť ich molárne hmotnosti na zistenie ich skutočných hmotností. Molárne hmotnosti sú konštanty, ktoré možno nájsť v štandardných periodických tabuľkách (pre jednotlivé prvky) a v iných chemických zdrojoch (pre molekuly a zlúčeniny). Jednoducho vynásobte molárnu hmotnosť každého reaktantu počtom použitých molov, aby ste zistili hmotnosti reaktantov.

  • V našom príklade s vodou sú našimi reaktantmi plynný vodík a kyslík, ktoré majú molárne hmotnosti 2 g a 32 g. Keďže sme použili 2 móly vodíka (čo sa v rovnici označuje koeficientom „2“ vedľa H2) a 1 mol kyslíka (označený bez koeficientu vedľa O2), môžeme vypočítať celkovú hmotnosť reaktantov takto:
    2 × (2g) + 1 × (32g) = 4g + 32g = 36g


Nájdite merné teplo vášho produktu. Ďalej zistite merné teplo analyzovaného výrobku. Ku každému prvku alebo molekule je priradená hodnota merného tepla: tieto hodnoty sú konštanty a zvyčajne sa nachádzajú v chemických zdrojoch (ako napríklad v tabuľkách na konci učebnice chémie). Existuje niekoľko rôznych spôsobov merania merného tepla, ale pre náš vzorec použijeme hodnotu meranú v jednotkách joule/gram °C.

  • Upozorňujeme, že ak má vaša rovnica viacero produktov, budete musieť vykonať výpočet entalpie pre jednotlivé zložky reakcie použité na vznik každého produktu a potom ich sčítať, aby ste zistili entalpiu pre celú reakciu.
  • V našom príklade je konečným produktom voda, ktorej merné teplo je približne 4.2 joule/gram °C.


Zistite rozdiel teplôt po reakcii. Ďalej zistíme ∆T, zmenu teploty pred reakciou a po reakcii. Na výpočet tejto hodnoty odčítajte počiatočnú teplotu (alebo T1) reakcie od konečnej teploty (alebo T2). Tak ako vo väčšine chemických prác, aj tu by sa mali používať teploty v Kelvinoch (K) (hoci Celziove (C) dajú rovnaké výsledky).

  • V našom príklade povedzme, že naša reakcia mala na samom začiatku teplotu 185 K, ale v čase ukončenia sa ochladila na 95 K. V tomto prípade by sa ∆T vypočítalo takto:
    ∆T = T2 – T1 = 95K – 185K = -90K


Použite vzorec ∆H = m x s x ∆T na riešenie. Keď máte m, hmotnosť vašich reaktantov, s, merné teplo vášho produktu, a ∆T, zmenu teploty vašej reakcie, ste pripravení zistiť entalpiu reakcie. Jednoducho dosaďte svoje hodnoty do vzorca ∆H = m x s x ∆T a vynásobte, aby ste vyriešili. Vaša odpoveď bude v jednotke energie Joule (J).

  • Pre náš príkladový problém by sme zistili entalpiu reakcie takto:
    ∆H = (36g) × (4.2 JK-1 g-1) × (-90K ) = -13,608 J


Určte, či vaša reakcia získava alebo stráca energiu. Jedným z najčastejších dôvodov, prečo sa ∆H počíta pri rôznych reakciách, je určenie, či je reakcia exotermická (stráca energiu a odovzdáva teplo) alebo endotermická (získava energiu a absorbuje teplo). Ak je znamienko vašej konečnej odpovede pre ∆H kladné, reakcia je endotermická. Na druhej strane, ak je znamienko záporné, reakcia je exotermická. Čím väčšie je samotné číslo, tým viac je reakcia exo- alebo endotermická. Dajte si pozor na silne exotermické reakcie – tie môžu niekedy znamenať veľké uvoľnenie energie, ktoré, ak je dostatočne rýchle, môže spôsobiť výbuch.

  • V našom príklade je konečná odpoveď -13608 J. Keďže znamienko je záporné, vieme, že naša reakcia je exotermické. To dáva zmysel – H2 a O2 sú plyny, zatiaľ čo H2O, produkt, je kvapalina. Horúce plyny (vo forme pary) musia uvoľniť energiu do okolia vo forme tepla, aby sa ochladili na takú úroveň, aby mohli vytvoriť kvapalnú vodu, čo znamená, že vznik H2O je exotermický.

Metóda 2 z 3:Odhad entalpie


Použite väzbové energie na odhad entalpie. Takmer všetky chemické reakcie zahŕňajú vytváranie alebo rozbíjanie väzieb medzi atómami. Keďže pri chemickej reakcii sa energia nemôže zničiť ani vytvoriť, ak poznáme energiu potrebnú na vytvorenie alebo rozbitie väzieb, ktoré sa v reakcii vytvárajú (alebo rozbíjajú), môžeme s vysokou presnosťou odhadnúť zmenu entalpie pre celú reakciu sčítaním týchto väzbových energií.

  • Uvažujme napríklad reakciu H2 + F2 → 2HF. V tomto prípade je energia potrebná na rozbitie atómov H v H2 molekuly od seba je 436 kJ/mol, zatiaľ čo energia potrebná na F2 je 158 kJ/mol. Nakoniec energia potrebná na vytvorenie HF z H a F je = -568 kJ/mol. Toto číslo vynásobíme číslom 2, pretože súčin v rovnici je 2HF, čo nám dáva 2 × -568 = -1136 kJ/mol. Keď to všetko spočítame, dostaneme:
    436 + 158 + -1136 = -542 kJ/mol.


Použitie entalpie tvorby na odhad entalpie. Entalpie vzniku sú stanovené hodnoty ∆H, ktoré predstavujú zmeny entalpie z reakcií používaných na vytvorenie daných chemických látok. Ak poznáte entalpie vzniku potrebné na vytvorenie produktov a reaktantov v rovnici, môžete ich sčítať a odhadnúť entalpiu podobne, ako by ste to urobili s väzbovými energiami, ako je opísané vyššie.

  • Uvažujme napríklad reakciu C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O. V tomto prípade poznáme entalpie vzniku pre nasledujúce reakcie:
    C2H5OH → 2C + 3H2 + 0.5O2 = 228 kJ/mol
    2C + 2O2 → 2CO2 = -394 × 2 = -788 kJ/mol
    3H2 + 1.5 O2 → 3H2O = -286 × 3 = -858 kJ/mol
    Keďže tieto rovnice môžeme sčítať, dostaneme C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O, reakcia, pre ktorú sa snažíme zistiť entalpiu, môžeme jednoducho sčítať entalpie vyššie uvedených reakcií vzniku a nájsť entalpiu tejto reakcie takto:
    228 + -788 + -858 = -1418 kJ/mol.


Nezabudnite si pri obracaní rovníc vymeniť znamienka. Je dôležité si uvedomiť, že keď používate entalpie vzniku na výpočet entalpie reakcie, musíte obrátiť znamienko entalpie vzniku vždy, keď obrátite rovnicu zložkovej reakcie. Inými slovami, ak musíte jednu alebo viac rovníc reakcie vzniku obrátiť dozadu, aby sa všetky vaše produkty a reaktanty správne anulovali, obráťte znamienka na entalpiách reakcií vzniku, ktoré ste museli obrátiť.

  • V uvedenom príklade si všimnite, že reakcia tvorby, ktorú používame pre C2H5OH je vzadu. C2H5OH → 2C + 3H2 + 0.5O2 ukazuje, že C2H5OH sa rozpadá, netvorí sa. Keďže sme rovnicu otočili, aby sa všetky produkty a reaktanty správne anulovali, obrátili sme znamienko na entalpii vzniku a dostali sme 228 kJ/mol. V skutočnosti je entalpia vzniku pre C2H5OH je -228 kJ/mol.

Metóda 3 z 3:Experimentálne pozorovanie zmien entalpie


Vezmite čistú nádobu a naplňte ju vodou. Princípy entalpie v praxi je ľahké vidieť na jednoduchom experimente. Aby ste sa uistili, že reakcia vo vašom experimente prebehne bez akéhokoľvek cudzieho znečistenia, vyčistite a sterilizujte nádobu, ktorú plánujete použiť. Vedci používajú na meranie entalpie špeciálne uzavreté nádoby nazývané kalorimetre, ale rozumné výsledky môžete dosiahnuť s akoukoľvek malou sklenenou nádobou alebo baňou. Bez ohľadu na nádobu, ktorú používate, naplňte ju čistou vodou z vodovodu s izbovou teplotou. Reakciu budete tiež chcieť uskutočniť niekde v interiéri s nízkou teplotou.

  • Na tento experiment budete potrebovať pomerne malú nádobu. Budeme testovať entalpické účinky lieku Alka-Seltzer na vodu, takže čím menej vody použijeme, tým bude zmena teploty zjavnejšia.


Do nádoby vložte teplomer. Vezmite teplomer a umiestnite ho do nádoby tak, aby sa koniec na meranie teploty nachádzal pod hladinou vody. Odčítajte teplotu vody – pre naše účely bude teplota vody predstavovať T1, počiatočnú teplotu reakcie.

  • Povedzme, že zmeriame teplotu vody a zistíme, že má presne 10 stupňov C. V niekoľkých krokoch použijeme tento vzorový údaj o teplote na demonštráciu princípov entalpie.


Pridajte do nádoby jednu tabletu Alka-Seltzer. Keď ste pripravení začať experiment, vhoďte do vody jednu tabletu Alka-Seltzer. Mali by ste si všimnúť, že okamžite začne bublať a šumieť. Keď sa tableta rozpustí vo vode, rozpadne sa na chemické látky hydrogénuhličitan (HCO3-) a kyselina citrónová (ktorá reaguje vo forme vodíkových iónov, H+). Tieto chemické látky reagujú za vzniku vody a plynného oxidu uhličitého v reakcii 3HCO3– + 3H+ → 3H2O + 3CO2.


Zmerajte teplotu po skončení reakcie. Sledujte priebeh reakcie – tableta Alka-Seltzer by sa mala postupne rozpúšťať. Hneď ako tableta dokončí svoju reakciu (alebo sa zdá, že sa spomalila), zmerajte teplotu znova. Voda by mala byť o niečo chladnejšia ako predtým. Ak je teplejšie, experiment mohol byť ovplyvnený vonkajšou silou (ako napríklad, ak je v miestnosti, v ktorej sa nachádzate, mimoriadne teplo).

  • Pre náš príklad experimentu povedzme, že teplota vody je 8 stupňov C po skončení šumenia tablety.

  • Odhadnite entalpiu reakcie. V ideálnom experimente sa po pridaní tablety Alka-Seltzer do vody vytvorí voda a plynný oxid uhličitý (ten možno pozorovať ako šumiace bublinky) a spôsobí pokles teploty vody. Na základe týchto informácií by sme očakávali, že reakcia bude endotermická, t. j. taká, ktorá absorbuje energiu z okolitého prostredia. Rozpustené kvapalné reaktanty potrebujú dodatočnú energiu na skok na plynný produkt, preto odoberajú energiu vo forme tepla zo svojho okolia (v tomto prípade z vody). To spôsobuje, že teplota vody klesá.

    • V našom príklade experimentu klesla teplota vody po pridaní Alka-Seltzeru o dva stupne. To zodpovedá mierne endotermickej reakcii, ktorú by sme očakávali.
  • Odkazy