Jak obliczyć entalpię reakcji ze wzoru?

Entalpię reakcji obliczysz najczęściej jednym z dwóch wzorów: z entalpii tworzenia albo z entalpii spalania. Dla entalpii tworzenia stosuje się zasadę „produkty minus substraty”, a dla entalpii spalania „substraty minus produkty”. W obu przypadkach trzeba uwzględnić współczynniki stechiometryczne równania reakcji.

Wzory na entalpię reakcji

Wybór wzoru zależy od tego, jakie dane podano w zadaniu. Standardowa entalpia tworzenia oznacza zmianę entalpii podczas powstawania 1 mola związku z pierwiastków w ich trwałych formach. Standardowa entalpia spalania dotyczy całkowitego spalania 1 mola substancji w tlenie.

W zapisie n i m oznaczają współczynniki stechiometryczne, a symbol Σ wskazuje, że należy zsumować wkłady wszystkich produktów lub substratów.

Najczęstszy błąd polega na użyciu tej samej kolejności w obu wzorach. Przy entalpiach tworzenia najpierw liczysz sumę dla produktów, natomiast przy entalpiach spalania najpierw liczysz sumę dla substratów.

Jak obliczyć entalpię reakcji krok po kroku?

Algorytm jest prosty, ale wymaga dokładnego bilansowania równania i pilnowania znaków:

1. Zbilansuj równanie reakcji. Współczynniki przed wzorami chemicznymi określają, ile moli każdej substancji bierze udział w reakcji.
2. Wybierz wzór. Użyj entalpii tworzenia, gdy podano wartości ΔH°_tw. Użyj entalpii spalania, gdy zadanie zawiera wartości ΔH°_sp.
3. Pomnóż każdą entalpię przez współczynnik stechiometryczny. Jeśli w równaniu występują 2 mole substancji, jej wartość entalpii również musi zostać uwzględniona dwa razy.
4. Oblicz sumy i wykonaj odejmowanie. Zachowaj właściwą kolejność oraz zwróć uwagę na wartości ujemne.
5. Zinterpretuj wynik. Gdy ΔH jest mniejsze od zera, reakcja jest egzotermiczna i wydziela energię. Gdy ΔH jest większe od zera, reakcja jest endotermiczna i pobiera energię.

Przykładowo, dla reakcji zapisanej jako 2A + B → 3C wzór oparty na entalpiach tworzenia ma postać:

ΔH°_r = 3 · ΔH°_tw(C) − [2 · ΔH°_tw(A) + ΔH°_tw(B)]

Współczynniki 2 i 3 nie są częścią wzoru przypadkowo. Pominięcie ich oznacza obliczenie entalpii dla innej ilości substancji niż ta określona równaniem reakcji.

Kiedy zastosować prawo Hessa?

Prawo Hessa przydaje się wtedy, gdy nie masz bezpośrednio potrzebnych entalpii tworzenia ani spalania, ale znasz entalpie innych reakcji. Entalpia jest funkcją stanu, dlatego jej zmiana zależy od stanu początkowego i końcowego, a nie od liczby etapów prowadzących między nimi.

W praktyce układasz z podanych równań reakcję docelową. Każda operacja wykonana na równaniu musi zostać wykonana także na jego entalpii:

1. Zapisz równanie reakcji, której entalpię chcesz obliczyć.
2. Wybierz podane reakcje pośrednie, które zawierają potrzebne substancje.
3. Odwróć równanie, jeśli dana substancja znajduje się po niewłaściwej stronie. Po odwróceniu zmień znak entalpii.
4. Pomnóż równanie przez odpowiedni współczynnik, jeśli występuje w nim zbyt mała lub zbyt duża liczba moli. Entalpię pomnóż przez ten sam współczynnik.
5. Dodaj przygotowane równania i ich entalpie, a następnie skróć substancje występujące po obu stronach.

Jeśli po zsumowaniu otrzymasz dokładnie równanie docelowe, suma odpowiednio przekształconych entalpii jest szukaną wartością ΔH. Ta metoda jest dłuższa od bezpośredniego podstawienia do wzoru, ale działa także dla reakcji, których nie da się opisać wyłącznie za pomocą standardowych entalpii tworzenia lub spalania.

Na jakie błędy uważać?

Przed zapisaniem wyniku sprawdź przede wszystkim następujące elementy:

• Produkty i substraty zostały przypisane do właściwych stron wzoru.
• Każda wartość entalpii została pomnożona przez odpowiedni współczynnik stechiometryczny.
• Przy entalpiach spalania użyto kolejności substraty − produkty.
• Przy odejmowaniu liczb ujemnych zachowano poprawne znaki matematyczne.
• Po zastosowaniu prawa Hessa wszystkie niepotrzebne składniki skracają się, a równanie końcowe zgadza się z reakcją docelową.

Najkrótsza reguła do zapamiętania brzmi: tworzenie – produkty minus substraty, spalanie – substraty minus produkty. Gdy brakuje odpowiednich danych, zastosuj prawo Hessa i przekształcaj całe równania razem z ich entalpiami.