Chapter 6: Thermochemistry

Back to chapter

6.11:

Стандартная энтальпия образования

JoVE Core
Chemistry

This content is Free Access.

JoVE Core Chemistry

Standard Enthalpy of Formation

Previous Video
6.10: Hess’s Law

Next Video
6.12: Enthalpies of Reaction

Languages

Share

English العربية 中文 Nederlands français Deutsch עברית italiano 日本語 한국어 português русский español Türkçe

Изменение энтальпии реакции можно измерить с помощью калориметра или вычислить разность энтальпии между исходными веществами и продуктами. Однако абсолютные энтальпии исходных веществ и продуктов нельзя измерить напрямую;поэтому химики обычно используют изменение энтальпии или дельта H относительно эталонного вещества в согласованном стандартном состоянии. Стандартное состояние определяется определенным набором условий.Это включает установленную температуру, обычно 25 градусов Цельсия или 298 Кельвинов, и постоянное давление 1 бар для газов. Для растворов стандартным состоянием является 1-молярная концентрация чистого растворенного вещества в растворителе. Стандартное состояние вещества также включает физическое состояние вещества, в котором оно существует в этих условиях.Например, хлорид натрия в твердом состоянии, ртуть в виде жидкости или гелий в виде газа. Если элемент существует более чем в одной форме при этих условиях, наиболее стабильная форма элемента определяется как стандартное состояние. Например, углерод может существовать в виде кристаллов графита или алмаза, но графит является наиболее стабильной формой и, следовательно, стандартным состоянием углерода.Когда элементы в их стандартных состояниях соединяются с образованием 1 моля чистого соединения, энтальпия реакции называется стандартной энтальпией или стандартной теплотой образования. Она обозначается как дельта H ноль, индекс f, где ноль указывает на стандартные состояния составляющих элементов, а f указывает на образование. Стандартная энтальпия образования чистых элементов в стандартных условиях всегда равна нулю, поскольку реакция не протекает и, следовательно, изменения энтальпии не происходит, когда элемент уже находится в своем стандартном состоянии.Значения стандартной энтальпии образования в килоджоулях на моль для соединения можно найти в справочных таблицах. Эти вещества включают элементы в нестандартных состояниях, такие как газообразный натрий, и такие соединения, как хлорид натрия. Стандартное изменение энтальпии реакции может быть вычислено из разницы продуктов и исходных веществ, которые, в свою очередь, могут быть рассчитаны с использованием значений энтальпии из справочной таблицы.

6.11:

Стандартная энтальпия образования

Изменения энтальпии обычно табулируются для реакций, в которых реагенты и продукты находятся в одинаковых условиях. Стандартное состояние — это общепринятый набор условий, используемых в качестве опорной точки для определения свойств при других различных условиях. Для химиков стандартное состояние, согласно международному Союзу Чистой и Прикладной Химии (IUPAC)относится к материалам под давлением 1 бар и растворами при 1 м и не указывает температуру. Многие термохимические таблицы содержат значения со стандартным состоянием 1 атм. Поскольку ΔH реакции изменяется очень мало при таких небольших изменениях давления (1 бар = 0.987 атм), значения ΔH (за исключением наиболее точно измеренных значений) по существу одинаковы при обоих наборах стандартных условий. В символе смены энтальпии “o” обозначает стандартное состояние. Поскольку обычная (но нетехнически стандартная ) температура составляет 298.15 К, эта температура будет учитываться, если не указана другая температура. Таким образом, символ (ΔH°) используется для обозначения изменения энтальпии процесса, происходящего в этих условиях. (Символ ΔH используется для обозначения изменения энтальпии для реакции, возникающей в нестандартных условиях.)

Изменения энтальпии для многих типов химических и физических процессов можно найти в справочной литературе, включая изменения в реакциях сгорания, фазовых переходах и реакциях на формирование. Поскольку изменение энтальпии для данной реакции пропорционально количеству вовлеченных веществ, оно может быть сообщено на этой основе (например, как ΔH для конкретных объемов реагенты). Однако мы часто находим более полезным разделить одно обширное свойство (ΔH) на другое (количество вещества) и сообщить о интенсивном значении в ΔH, часто “нормализованном” к базису в моле.

Стандартная энтальпия образования

Стандартная энтальпия образования ΔHf° представляет собой энтальпию изменения для реакции, при которой ровно 1 моль чистого вещества образуется из свободных элементов в их наиболее стабильных состояниях в стандартных условиях. Эти значения особенно полезны для вычисления или прогнозирования изменений энтальпии химических реакций, которые непрактичны или опасны для выполнения, или для процессов, для которых трудно проводить измерения. Используя известные значения стандартных энтальпий образования, можно определить изменение энтальпии для любой реакции.

Стандартная энтальпия образования CO₂ (г) составляет − 393.5 кДж/моль. Это изменение энтальпии экзотермической реакции:

Начиная с реагенты при давлении 1 атм и 25 °C (с углеродом, присутствующим в графите, наиболее стабильной формой углерода в этих условиях) и заканчивая одним моль CO₂, также при 1 атм и 25 °C. Для диоксида азота, NО₂ (г), ΔHf° составляет 33.2 кДж/моль. Это изменение энтальпии эндотермической реакции:

Уравнение реакции с ¹/₂ моль N₂ и 1 моль O₂ в данном случае верно, так как стандартная энтальпия образования всегда относится к 1 моль продукта: NО₂ (г).

По определению, стандартная энтальпия образования элемента в его наиболее устойчивой форме равна нулю при стандартных условиях. Например, стандартные энтальпии образования углерода (графена), диатомного кислорода, диатомного азота, натриевого металла и жидкой ртути в стандартных условиях равны нулю.

Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., раздел 5.3: Энтальпия.

Suggested Reading

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.
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.
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.

Tags

Standard Enthalpy Formation Calorimeter Enthalpy Change Reactants Products Reference Substance Standard State Temperature Pressure Molar Concentration Pure Solute Solvent Physical State Of Matter Stable Form Compound