Contenu
- TL; DR (Trop long; n'a pas lu)
- Définition de l'enthalpie
- Calcul simple du changement d'enthalpie
- Enthalpie des transitions de phase
- Loi de Hess
Le changement d'enthalpie d'une réaction est la quantité de chaleur absorbée ou libérée lors de la réaction, si elle se produit à pression constante. Vous effectuez le calcul de différentes manières en fonction de la situation et des informations dont vous disposez. Pour de nombreux calculs, la loi de Hess est l’information essentielle que vous devez utiliser, mais si vous connaissez l’enthalpie des produits et des réactifs, le calcul est beaucoup plus simple.
TL; DR (Trop long; n'a pas lu)
Vous pouvez calculer les changements d'enthalpie à l'aide de la formule simple: ∆H = Hdes produits - Hréactifs
Définition de l'enthalpie
La définition précise de l'enthalpie (H) est la somme de l'énergie interne (U) plus le produit de la pression (P) et du volume (V). En symboles, c'est:
H = U + PV
Un changement d'enthalpie (H) est donc:
H = U + ∆P∆V
Où le symbole delta () signifie «changement». En pratique, la pression est maintenue constante et l'équation ci-dessus est mieux représentée ainsi:
H = ∆U + P∆V
Cependant, à pression constante, le changement d'enthalpie est simplement la chaleur (q) transférée:
∆H = q
Si (q) est positif, la réaction est endothermique (c'est-à-dire qu'elle absorbe la chaleur de son environnement) et si elle est négative, la réaction est exothermique (c'est-à-dire qu'elle dégage de la chaleur dans son environnement). L'enthalpie a des unités de kJ / mol ou de J / mol ou, en général, d'énergie / masse. Les équations ci-dessus sont vraiment liées à la physique des flux de chaleur et de l'énergie: la thermodynamique.
Calcul simple du changement d'enthalpie
Le moyen le plus simple de calculer le changement d'enthalpie consiste à utiliser l'enthalpie des produits et des réactifs. Si vous connaissez ces quantités, utilisez la formule suivante pour calculer le changement global:
∆H = Hdes produits - Hréactifs
L'ajout d'un ion sodium à un ion chlorure pour former du chlorure de sodium est un exemple de réaction que vous pouvez calculer de cette façon. Le sodium ionique a une enthalpie de -239,7 kJ / mol et les ions chlorure une enthalpie de -167,4 kJ / mol. Le chlorure de sodium (sel de table) a une enthalpie de -411 kJ / mol. L'insertion de ces valeurs donne:
∆H = -411 kJ / mol - (-239,7 kJ / mol - 167,4 kJ / mol)
= -411 kJ / mol - (-407,1 kJ / mol)
= -411 kJ / mol + 407,1 kJ / mol = -3,9 kJ / mol
Ainsi, la formation de sel libère près de 4 kJ d'énergie par mole.
Enthalpie des transitions de phase
Lorsqu'une substance passe de solide à liquide, de liquide à gaz ou de solide à gaz, des enthalpies spécifiques sont impliquées dans ces changements. L'enthalpie (ou chaleur latente) de la fusion décrit le passage du solide au liquide (l'inverse est moins cette valeur et appelé l'enthalpie de fusion), l'enthalpie de vaporisation décrit le passage du liquide au gaz (et l'inverse est la condensation) et l'enthalpie de sublimation décrit le passage du solide au gaz (l'inverse s'appelle à nouveau l'enthalpie de condensation).
Pour l'eau, l'enthalpie de fusion est ∆Hfusion = 6,007 kJ / mol. Imaginez que vous chauffiez la glace à partir de 250 Kelvin jusqu'à ce qu'elle fonde, puis que vous chauffiez l'eau à 300 K. Le changement d'enthalpie des pièces chauffantes correspond uniquement à la chaleur requise. Vous pouvez donc la trouver en utilisant:
H = nC∆T
Où (n) est le nombre de moles, (T) est le changement de température et (C) est la chaleur spécifique. La chaleur spécifique de la glace est de 38,1 J / K mol et la chaleur spécifique de l'eau de 75,4 J / K mol. Le calcul se fait donc en quelques parties. Premièrement, la glace doit être chauffée de 250 K à 273 K (c'est-à-dire, -23 ° C à 0 ° C). Pour 5 moles de glace, c'est:
H = nC∆T
= 5 mol × 38,1 J / K mol × 23 K
= 4,382 kJ
Maintenant, multipliez l'enthalpie de fusion par le nombre de moles:
H = n ∆Hfusion
= 5 mol × 6,007 kJ / mol
= 30,035 kJ
Les calculs pour la vaporisation sont les mêmes, sauf avec l'enthalpie de vaporisation à la place de l'enthalpie en fusion. Enfin, calculez la phase de chauffage finale (de 273 à 300 K) de la même manière que la première:
H = nC∆T
= 5 mol × 75,4 J / K mol × 27 K
= 10,179 kJ
Somme ces parties pour trouver le changement total d'enthalpie pour la réaction:
∆Htotal = 10,179 kJ + 30,035 kJ + 4,382 kJ
= 44,596 kJ
Loi de Hess
La loi de Hess est utile lorsque la réaction que vous envisagez a deux parties ou plus et que vous souhaitez connaître le changement global de l’enthalpie. Il indique que le changement d'enthalpie pour une réaction ou un processus est indépendant de la voie par laquelle il se produit. Cela signifie que si la réaction se transforme d'une substance à une autre, que la réaction se produise en une étape (les réactifs deviennent des produits immédiatement) ou qu'elle passe par plusieurs étapes (les réactifs deviennent des produits intermédiaires), l'enthalpie se modifie. est la même dans les deux cas.
Il est généralement utile de dessiner un diagramme (voir Ressources) pour vous aider à utiliser cette loi. Un exemple est que si vous commencez avec six moles de carbone combinées avec trois d’hydrogène, elles se combinent avec l’oxygène comme étape intermédiaire et forment ensuite du benzène comme produit final.
La loi de Hess stipule que le changement d’enthalpie de la réaction est la somme des changements d’enthalpie des deux parties. Dans ce cas, la combustion d'une mole de carbone a ∆H = -394 kJ / mol (cela se produit six fois dans la réaction), le changement d'enthalpie pour la combustion d'une mole d'hydrogène est isH = −286 kJ / mol (cela se produit trois fois) et les intermédiaires de dioxyde de carbone et d'eau deviennent du benzène avec un changement d'enthalpie de ∆H = + 3267 kJ / mol.
Prenez la somme de ces changements pour trouver le changement total de l'enthalpie, en vous rappelant de les multiplier par le nombre de moles nécessaires au premier stade de la réaction:
∆Htotal = 6×(−394) + 3×(−286) +3,267
= 3,267 − 2,364 - 858
= 45 kJ / mol