Das Lösungswärme oder Lösungsenthalpie ist die Wärme, die während des Auflösungsprozesses einer bestimmten Menge des gelösten Stoffes im Lösungsmittel unter der Bedingung eines konstanten Drucks absorbiert oder abgegeben wird.
Wenn eine chemische Reaktion stattfindet, wird Energie benötigt, um Bindungen zu bilden und aufzubrechen, die die Bildung neuer Substanzen ermöglichen. Die Energie, die fließt, damit diese Prozesse stattfinden, ist Wärme, und die Thermochemie ist der Wissenschaftszweig, der für deren Untersuchung verantwortlich ist..
In Bezug auf den Begriff Enthalpie, Osten Es wird verwendet, um den Wärmefluss zu bezeichnen, wenn chemische Prozesse unter Bedingungen konstanten Drucks stattfinden. Die Schaffung dieses Begriffs wird der niederländischen Physikerin Heike Kamerlingh Onnes (1853 - 1926) zugeschrieben, die auch die Supraleitung entdeckte.
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Um die Enthalpie zu finden, müssen wir vom ersten Hauptsatz der Thermodynamik ausgehen, der berücksichtigt, dass die Variation der inneren Energie ΔU eines Systems auf die absorbierte Wärme Q und die von einem externen Wirkstoff daran geleistete Arbeit W zurückzuführen ist:
ΔU = Q + W.
Wobei Arbeit das negative Integral über das gesamte Volumen des Produktes aus Druck und Differenzvolumenänderung ist. Diese Definition entspricht dem negativen Integral des Skalarprodukts aus Kraft und Verschiebungsvektor bei mechanischer Arbeit:
Wenn die oben erwähnte Konstantdruckbedingung angewendet wird, kann P aus dem Integral herausgehen; Daher ist der Job:
W = -P (V.F. -V.oder) = -PΔV.
Wenn dieses Ergebnis in Δ eingesetzt wirdODER erhalten wird:
ΔU = Q - PΔV.
Q = ΔU + PΔV = U.F. - ODERoder + P (V.F. -V.oder) = U.F. + PVF. - ( ODERoder + PVoder )
Die Summe U + PV heißt Enthalpie H., so dass:
Q = H.F. - H.oder = ΔH.
Die Enthalpie wird in Joule gemessen, da es sich um Energie handelt.
Die Ausgangskomponenten einer Lösung sind gelöster Stoff und Lösungsmittel und sie haben eine ursprüngliche Enthalpie. Wenn diese Auflösung stattfindet, hat sie ihre eigene Enthalpie.
In diesem Fall kann die Enthalpieänderung in Joule ausgedrückt werden als:
ΔH = H.Lösung - H.Reagenzien
Entweder in Standard-Enthalpieform ΔHoder, wobei das Ergebnis in Joule / Mol ist
ΔHoder = H.oder Lösung - H.oderReagenzien
Wenn die Reaktion Wärme abgibt, ist das Zeichen von ΔH es ist negativ (exothermer Prozess), wenn es Wärme absorbiert (endothermer Prozess), ist das Vorzeichen positiv. Und natürlich hängt der Wert der Lösungsenthalpie von der Konzentration der endgültigen Lösung ab..
Viele ionische Verbindungen sind in polaren Lösungsmitteln wie Wasser löslich. Lösungen von Salz (Natriumchlorid) in Wasser oder Salzlösung werden üblicherweise verwendet. Die Enthalpie der Lösung kann nun als Beitrag zweier Energien betrachtet werden:
- Eine, um gelöste-gelöste und Lösungsmittel-Lösungsmittel-Bindungen aufzubrechen
- Die andere ist diejenige, die bei der Bildung neuer Bindungen zwischen gelöstem Stoff und Lösungsmittel erforderlich ist..
Im Falle der Auflösung eines ionischen Salzes in Wasser ist es erforderlich, das sogenannte zu kennen Gitterenthalpie des Festkörpers und der Hydratationsenthalpie im Falle von Wasser die Lösung zu bilden. Wenn es kein Wasser ist, dann heißt es Solvatationsenthalpie.
Das Gitterenthalpie ist die Energie, die für den Abbau des ionischen Netzwerks und die Bildung der gasförmigen Ionen erforderlich ist, ein Prozess, der immer endotherm ist, da dem Feststoff Energie zugeführt werden muss, um ihn in seine Ionenbestandteile zu trennen und in den gasförmigen Zustand zu bringen.
Andererseits sind Hydratationsprozesse immer exotherm, da hydratisierte Ionen stabiler sind als Ionen im gasförmigen Zustand..
Auf diese Weise kann die Erzeugung der Lösung exotherm oder endotherm sein, abhängig davon, ob der Abbau des Ionengitters des gelösten Stoffes mehr oder weniger Energie erfordert, als die Hydratation bereitstellt..
In der Praxis ist es möglich zu messen ΔH in einem Kalorimeter, das im Wesentlichen aus einem isolierten Behälter besteht, der mit einem Thermometer und einem Rührstab ausgestattet ist.
In den Behälter wird fast immer Wasser gegossen, was die kalorimetrische Flüssigkeit schlechthin ist, da seine Eigenschaften die universelle Referenz für alle Flüssigkeiten sind..
Natürlich sind neben Wasser auch die Materialien des Kalorimeters am Wärmeaustausch beteiligt. Aber die Kalorienkapazität des ganzen Satzes heißt Konstante Kalorimeter, kann getrennt von der Reaktion bestimmt und dann berücksichtigt werden, wenn sie auftritt.
Die Energiebilanz ist wie folgt, wobei zu berücksichtigen ist, dass im System keine Energielecks vorhanden sind:
ΔH. Lösung + ΔH. Wasser + C. Kalorimeter ΔT = 0
Wovon:
ΔH. Lösung = - m Wasser . c Wasser . ΔT - C. Kalorimeter ΔT = -Q Wasser - Q. Kalorimeter
Und um die Standardenthalpie zu erhalten:
- Gelöste Masse: ms
- Molekulargewicht des gelösten Stoffes: M.s
- Wassermasse: mWasser
- Molekulargewicht von Wasser: M.Wasser
- Molare Wärmekapazität von Wasser: C.Wasser ; m* *
- Temperaturänderung: ΔT
* C.P.m. Wasser beträgt 75,291 J / mol. K.
Die Bildungsenthalpie von festem Kaliumhydroxid KOH beträgt ΔH.oder = +426 KJ / mol, das von flüssigem Wasser H.zweiOder ist es 285,9 kJ / mol.
Weiterhin ist bekannt, dass, wenn metallisches Kaliumhydroxid mit flüssigem Wasser reagiert, Wasserstoff und ΔH.oder = -2011 kJ / mol. Berechnen Sie mit diesen Daten die Enthalpie der Lösung von KOH in Wasser.
- KOH zerfällt in seine Bestandteile:
KOHsolide → K.solide + ½ O.zwei + ½ H.zwei;; ΔH.oder = - 426 kJ / mol
- Es entsteht flüssiges Wasser:
½ O.zwei + ½ H.zwei → H.zweiODERFlüssigkeit;; ΔH.oder = -285,9 kJ / mol
- Jetzt müssen Sie die Lösung bilden:
K.solide + H.zweiO → ½ H.zwei + KOHwässrig ;; ΔH.oder = -2011 kJ / mol
Es ist zu beachten, dass das Vorzeichen der Zerfallsenthalpie von KOH invertiert wurde, was auf das Hesssche Gesetz zurückzuführen ist: Wenn die Reaktanten in Produkte umgewandelt werden, hängt die Enthalpieänderung nicht von den folgenden Schritten ab und wenn die Gleichung invertiert werden muss, wie z In diesem Fall ändert die Enthalpie das Vorzeichen.
Die Energiebilanz ist die algebraische Summe der Enthalpien:
- 426 kJ / K - 285,9 kJ / mol - 2011 kJ / mol = -2722,9 kJ / mol
Die Lösungsenthalpie für die nächste Reaktion wird in einem Konstantdruckkalorimeter bestimmt, und es ist bekannt, dass die Kalorimeterkonstante 342,5 J / K beträgt. Wenn 1.423 g Natriumsulfat Na gelöst sindzweiSW4 in 100,34 g Wasser beträgt die Temperaturänderung 0,037 K. Berechnen Sie die Standardenthalpie der Lösung für NazweiSW4 aus diesen Daten.
Die Standardenthalpie der Lösung wird aus der oben angegebenen Gleichung gelöst:
Für Natriumsulfat: M.s = 142,04 g / mol; ms = 1.423 g
Und für das Wasser: mWasser = 100,34 g; M.Wasser = 18,02 g / mol; C.Wasser; m = 75,291 J / K mol
ΔT = 0,037 K.
C. Kalorimeter = 342,5 J / K.
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