QUAL È L'ENTALPIA DI FORMAZIONE? (CON ESERCIZI) - FISICO - 2024

L' entalpia di formazione è la variazione di entalpia subita nella formazione di una mole di un composto o di una sostanza in condizioni standard. Per condizione di pressione standard si intende quando la reazione di formazione viene effettuata alla pressione atmosferica di una atmosfera e alla temperatura ambiente di 25 gradi Celsius o 298,15 Kelvin.

Lo stato normale degli elementi reattivi in ​​una reazione di formazione si riferisce allo stato di aggregazione più comune (solido, liquido o gassoso) di tali sostanze in condizioni standard di pressione e temperatura.

Nella reazione di formazione di un composto, il calore viene scambiato con l'ambiente. Fonte: pixabay

Lo stato normale si riferisce anche alla forma allotropica più stabile di questi elementi reattivi in ​​condizioni di reazione standard.

L'entalpia H è una funzione termodinamica che viene definita come l'energia interna U più il prodotto della pressione P e del volume V delle sostanze che partecipano alla reazione chimica di formazione di una sostanza talpa:

H = U + P ∙ V

L'entalpia ha dimensioni di energia e nel Sistema Internazionale di misure si misura in Joule.

Entalpia standard

Il simbolo dell'entalpia è H, ma nel caso specifico dell'entalpia di formazione è indicato con ΔH0f per indicare che si riferisce al cambiamento sperimentato da questa funzione termodinamica nella reazione di formazione di una mole di un certo composto in condizioni standard.

Nella notazione, l'apice 0 indica le condizioni standard, e il pedice f indica la formazione di una mole di sostanza a partire dai reagenti nello stato di aggregazione e la forma allotropica più stabile dei reagenti nelle condizioni standard.

Calore di formazione

La prima legge stabilisce che il calore scambiato in un processo termodinamico è uguale alla variazione dell'energia interna delle sostanze coinvolte nel processo più il lavoro svolto da queste sostanze nel processo:

Q = ΔU + W

Nel caso presente, la reazione viene condotta a pressione costante, in particolare alla pressione di un'atmosfera, quindi il lavoro sarà il prodotto della pressione e della variazione di volume.

Quindi il calore di formazione di un certo composto che indicheremo con Q0f è correlato alla variazione di energia e volume interni nel modo seguente:

Q0f = ΔU + P ΔV

Ma ricordando la definizione di entalpia standard abbiamo che:

Q0f = ΔH0f

Differenza tra entalpia e calore di formazione

Questa espressione non significa che il calore di formazione e l'entalpia di formazione siano gli stessi. L'interpretazione corretta è che il calore scambiato durante la reazione di formazione ha causato un cambiamento nell'entropia della sostanza formata rispetto ai reagenti in condizioni standard.

D'altra parte, poiché l'entalpia è una funzione termodinamica estesa, il calore di formazione si riferisce sempre a una mole del composto formato.

Se la reazione di formazione è esotermica, l'entalpia di formazione è negativa.

Al contrario, se la reazione di formazione è endotermica, allora l'entalpia di formazione è positiva.

Equazioni termochimiche

In un'equazione di formazione termochimica, non devono essere indicati solo i reagenti e i prodotti. In primo luogo è necessario che l'equazione chimica sia bilanciata in modo tale che la quantità di composto formato sia sempre 1 mole.

D'altra parte, lo stato di aggregazione dei reagenti e dei prodotti deve essere indicato nell'equazione chimica. Se necessario, va indicata anche la forma allotropica dello stesso, poiché il calore di formazione dipende da tutti questi fattori.

In un'equazione di formazione termochimica, deve essere indicata anche l'entalpia di formazione.

Diamo un'occhiata ad alcuni esempi di equazioni termochimiche ben poste:

H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O (g); ΔH0f = -241,9 kJ / mol

H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O (l); ΔH0f = -285,8 kJ / mol

H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O (s); ΔH0f = -292,6 kJ / mol

Considerazioni importanti

- Tutti sono bilanciati in base alla formazione di 1 mole di prodotto.

- Viene indicato lo stato di aggregazione dei reagenti e del prodotto.

- Viene indicata l'entalpia di formazione.

Si noti che l'entalpia di formazione dipende dallo stato di aggregazione del prodotto. Delle tre reazioni, la più stabile in condizioni standard è la seconda.

Poiché ciò che conta in una reazione chimica e in particolare in una reazione di formazione è il cambiamento di entropia e non l'entropia stessa, si conviene che gli elementi puri nella loro forma molecolare e stato di aggregazione naturale in condizioni standard hanno entropia di formazione nullo.

Ecco alcuni esempi:

O2 (g); ΔH0f = 0 kJ / mol

Cl2 (g); ΔH0f = 0 kJ / mol

Na (s); ΔH0f = 0 kJ / mol

C (grafite); ΔH0f = 0 kJ / mol

Esercizi risolti

-Esercizio 1

Sapendo che per la formazione dell'etene (C2H4) è necessario contribuire con 52 kJ di calore per ogni mole e che i suoi reagenti sono idrogeno e grafite, scrivi l'equazione termochimica per la formazione dell'etene.

Soluzione

Per prima cosa eleviamo l'equazione chimica e la bilanciamo sulla base di una mole di etene.

Quindi prendiamo in considerazione che è necessario fornire calore affinché la reazione di formazione abbia luogo, il che indica che si tratta di una reazione endotermica e quindi l'entropia di formazione è positiva.

2 C (grafite solida) + 2 H2 (gas) → C2H4 (gas); ΔH0f = +52 kJ / mol

-Esercizio 2

In condizioni standard, idrogeno e ossigeno vengono miscelati in un contenitore da 5 litri. L'ossigeno e l'idrogeno reagiscono completamente senza nessuno dei reagenti per formare il perossido di idrogeno. Nella reazione sono stati rilasciati 38,35 kJ di calore nell'ambiente.

Indica l'equazione chimica e termochimica. Calcola l'entropia di formazione del perossido di idrogeno.

Soluzione

La reazione di formazione del perossido di idrogeno è:

H2 (gas) + O2 (gas) → H2O2 (liquido)

Nota che l'equazione è già bilanciata sulla base di una mole di prodotto. Cioè, ci vuole una mole di idrogeno e una mole di ossigeno per produrre una mole di perossido di idrogeno.

Ma l'affermazione del problema ci dice che l'idrogeno e l'ossigeno vengono miscelati in un contenitore da 5 litri in condizioni standard, quindi sappiamo che ciascuno dei gas occupa 5 litri.

Utilizzo di condizioni standard per ottenere l'equazione termochimica

D'altra parte, in condizioni standard pressione di 1 atm = 1.013 x 10⁵ Pa e temperatura di 25 ° C = 298,15 K.

In condizioni standard 1 mole di gas ideale occuperà 24,47 L, come si può verificare dal seguente calcolo:

V = (1 mol * 8,3145 J / (mol * K) * 298,15 K) / 1,03 x 10⁵ Pa = 0,02447 m³ = 24,47 L.

Poiché sono disponibili 5 L, il numero di moli di ciascuno dei gas è dato da:

5 litri / 24,47 litri / mole = 0,204 moli di ciascuno dei gas.

Secondo l'equazione chimica bilanciata si formeranno 0,204 moli di perossido di idrogeno, rilasciando 38,35 kJ di calore nell'ambiente. Cioè, 38,35 kJ / 0,204 moli = 188 kJ / mole sono necessari per formare una mole di perossido.

Inoltre, poiché il calore viene rilasciato nell'ambiente durante la reazione, l'entalpia di formazione è negativa. Infine risultante nella seguente equazione termochimica:

H2 (gas) + O2 (gas) → H2O2 (liquido); ΔH0f = -188 kJ / mol

Riferimenti

1. Castagne E. Entalpia nelle reazioni chimiche. Estratto da: lidiaconlaquimica.wordpress.com
2. Termochimica. Entalpia di reazione. Estratto da: recursostic.educacion.es
3. Termochimica. Definizione di entalpia di reazione standard. Estratto da: quimitube.com
4. Termochimica. Definizione di entalpia di formazione ed esempi. Estratto da: quimitube.com
5. Wikipedia. Entalpia di reazione standard. Estratto da: wikipedia.com
6. Wikipedia. Entalpia di formazione. Estratto da: wikipedia.com