Back to chapter

6.11:

Standaard Vormingsenthalpie

JoVE Core
Chemistry
This content is Free Access.
JoVE Core Chemistry
Standard Enthalpy of Formation

Languages

Share

De enthalpie-verandering van een reactie kan worden gemeten met een calorimeter, of het kan worden gevonden door het verschil in enthalpie tussen de reactanten en de producten te berekenen. De absolute enthalpie van de reactanten en producten kunnen echter niet rechtstreeks worden gemeten;daarom gebruiken chemici over het algemeen de verandering in enthalpie, of delta H, ten opzichte van een referentiestof in een overeengekomen standaardtoestand. De standaardtoestand wordt bepaald door een specifieke reeks voorwaarden.Dit omvat een ingestelde temperatuur, meestal 25 graden Celsius of 298 Kelvin, en een constante druk van 1 bar voor gassen. Voor oplossingen is de standaardtoestand een 1 molaire concentratie van een zuivere opgeloste stof in een oplosmiddel. De standaardtoestand voor een stof omvat ook de fysische toestand van de stof waarin de stof onder deze omstandigheden voorkomt.Bijvoorbeeld natriumchloride als vaste stof, kwik als vloeistof of helium als gas. Als een element onder deze omstandigheden in meer dan één vorm voorkomt, wordt de meest stabiele vorm van het element gedefinieerd als de standaardtoestand. Koolstof kan bijvoorbeeld bestaan als grafietkristallen of als diamant, maar grafiet is de meest stabiele vorm en daarom de standaardtoestand van koolstof.Wanneer elementen in hun standaardtoestanden combineren om 1 mol van een zuivere verbinding te vormen, wordt de enthalpie van de reactie standaard enthalpie of standaard vormingswarmte genoemd. Dit wordt aangeduid met delta H nul, subscript f, waarbij nul de standaardtoestanden van de samenstellende elementen aangeeft, terwijl f de vorming aangeeft. De standaard vormingsenthalpie voor zuivere elementen onder standaardtoestandsomstandigheden is altijd nul omdat er geen reactie is, en dus geen verandering in enthalpie, wanneer het element zich al in de standaardtoestand bevindt.De waarden van de standaard vormingsenthalpie in kilojoules per mol voor een verbinding zijn te vinden in referentietabellen. Deze stoffen omvatten elementen in niet-standaardtoestanden, zoals gasvormig natrium en verbindingen zoals natriumchloride. De standaard enthalpie-verandering van een reactie kan worden berekend uit het verschil tussen producten en reactanten, die op hun beurt kunnen worden berekend met behulp van de enthalpie-waarden uit de referentietabel.

6.11:

Standaard Vormingsenthalpie

Enthalpy changes are typically tabulated for reactions in which both the reactants and products are at the same conditions. A standard state is a commonly accepted set of conditions used as a reference point for the determination of properties under other different conditions. For chemists, the IUPAC standard state refers to materials under a pressure of 1 bar and solutions at 1 M and does not specify a temperature. Many thermochemical tables list values with a standard state of 1 atm. Because the ΔH of a reaction changes very little with such small changes in pressure (1 bar = 0.987 atm), ΔH values (except for the most precisely measured values) are essentially the same under both sets of standard conditions. A superscripted “o” in the enthalpy change symbol designates standard state. Since the usual (but not technically standard) temperature is 298.15 K, this temperature will be assumed unless some other temperature is specified. Thus, the symbol (ΔH°) is used to indicate an enthalpy change for a process occurring under these conditions. (The symbol ΔH is used to indicate an enthalpy change for a reaction occurring under nonstandard conditions.)

The enthalpy changes for many types of chemical and physical processes are available in the reference literature, including those for combustion reactions, phase transitions, and formation reactions. Since the enthalpy change for a given reaction is proportional to the amounts of substances involved, it may be reported on that basis (i.e., as the ΔH for specific amounts of reactants). However, we often find it more useful to divide one extensive property (ΔH) by another (amount of substance), and report a per-amount intensive value of ΔH, often “normalized” to a per-mole basis. 

Standard Enthalpy of Formation

The standard enthalpy of formation ΔHf° is an enthalpy change for a reaction in which exactly 1 mole of a pure substance is formed from free elements in their most stable states under standard state conditions. These values are especially useful for computing or predicting enthalpy changes for chemical reactions that are impractical or dangerous to carry out, or for processes for which it is difficult to make measurements. Using known values of standard enthalpies of formation, the enthalpy change for any reaction can be determined.

The standard enthalpy of formation of CO2 (g) is −393.5 kJ/mol. This is the enthalpy change for the exothermic reaction: 

Eq1

starting with the reactants at a pressure of 1 atm and 25 °C (with the carbon present as graphite, the most stable form of carbon under these conditions) and ending with one mole of CO2, also at 1 atm and 25 °C. For nitrogen dioxide, NO2 (g), ΔHf° is 33.2 kJ/mol. This is the enthalpy change for the endothermic reaction:

Eq2

A reaction equation with 1/2 mole of N2 and 1 mole of O2 is correct in this case because the standard enthalpy of formation always refers to 1 mole of product: NO2 (g).

By definition, the standard enthalpy of formation of an element in its most stable form is equal to zero under standard conditions. For example, the standard enthalpies of formation of carbon (graphene), diatomic oxygen gas, diatomic nitrogen gas, sodium metal, and liquid mercury are zero under standard conditions.

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 5.3: Enthalpy.

Suggested Reading

  1. Hawk, Eric Leigh. "The calculation of standard enthalpies of formation of alkanes: Illustrating molecular mechanics and spreadsheet programs." Journal of chemical education 76, no. 2 (1999): 278.
  2. Mazzuca, James W., Alexis R. Downing, and Christopher Potter. "Empirically corrected electronic structure calculations applied to the enthalpy of combustion physical chemistry laboratory." Journal of Chemical Education 96, no. 6 (2019): 1165-1170.
  3. Jansen, Michael P. "The Cost of Converting a Gasoline-Powered Vehicle to Propane. A Practical Review Problem for Senior High School or Introductory Chemistry." Journal of Chemical Education 77, no. 12 (2000): 1578.