Enthalpy of Formation DHof = การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีของปฏิกิริยา

งานนำเสนอเรื่อง: "Enthalpy of Formation DHof = การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีของปฏิกิริยา"— ใบสำเนางานนำเสนอ:

1 Enthalpy of Formation DHof = การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีของปฏิกิริยา
พลังงานของการเกิด หรือ เอนทาลปีของการเกิด DHof = การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีของปฏิกิริยา การเกิดสารจากธาตุหรือสารที่มีอยู่ใน สภาพธรรมชาติที่สภาวะมาตรฐาน

2 โดยที่ธาตุหรือสารที่มีอยู่ในสภาพธรรมชาติ
ที่สภาวะมาตรฐาน มีค่า พลังงานของการเกิด เป็น ศูนย์ (DHfo = 0) เช่น C(s) Na(s) He(g) S(s) O2(g) Ca(s) N2(g) H2(g) Cl2(g) I2(g)

3 Thermochemical Data All data refer to K and 1 bar pressure. Units of DHo and DGo are kJ mol-1; Units of So and Cp are J K -1 mol-1.

4 Compound DHo DGo So Cp C(graphite) 0 0 5.7 8.5
C(diamond) CO (g) CO2 (g) CH4 (g)

5 Compound DHo DGo So Cp Br2 (l) 0 0 152.2 75.7
Br2 (g) H2O (l) H2O (g) H2O (s) ?? ?? ?? ??

6 C(s) + O2(g) CO2(g) DHfO CO2(g) = kJ mol-1

7 CO2(g) C(s) + O2(g) C(s)+O2(g) ฎ CO2(g) DHf= - 393.5 kJ mol-1
DHreac= DHCO2,g- DHC,s- DHO2,g =

8 C(s) + 1/2 O2(g) CO (g)

9 C(s) + 1/2 O2(g) CO (g) C(s)+1/2O2(g) ฎ CO(g) DHf = - 110.5 kJ mol-1
DH =DHCO,g-DHC,s-1(DHO2,g) = (0) 2

10 Compound DHo DGo So Cp Br2 (l) 0 0 152.2 75.7
Br2 (g) H2O (l) H2O (g) H2O (s) ?? ?? ?? ??

11 H2(g) + 1/2 O2(g) H2O(g) H2O(s) H2O(l)

12 H2O(g) H2O(s) H2O(l) H2(g) + 1/2 O2(g)
DH = DHH2O,l- DHH2,g - 1(DHO2,g) = (0) - (1/2)(0) = kJ mol-1 2

13 3/2 O2(g) O3 (g) DHf = kJ mol-1

14 สมการสำหรับคำนวณหา DHo ของปฏิกิริยาใดๆ จาก DHof
DH o = S(np(DHof)P) - S(nR(DHof)R) P R DH o = S(npHoP) - S(nRHoR) ทางทฤษฎี:

15 DHo = c (DHof, C) + d (DHof, D) - a (DHof, A) - b (DHof, B)
DHof = Energy (enthalpy )of formation จากสมการ a A + b B ฎ c C + d D DHo = c (DHof, C) + d (DHof, D) - a (DHof, A) - b (DHof, B)

16 Ex. จงคำนวณหาค่า DH o ของปฏิกิริยา HCOOH (l) ฎ CO(g) + H2O (l)
จาก DH o = S(np(DHof)P) - S(nR(DHof)R) DH o = DHof(CO,g)+ DHof(H2O,l) - DHof(HCOOH,l) = (-111) + (-285) - (-379) = kJ

17 เอนทาลปีของการเปลี่ยนสถานะ
ความร้อนแฝง (Latent Heat)

18 ความร้อนแฝงของการเปลี่ยนอัญรูป (Heat of Transformation)
C (graphite) ฎ C (diamond) DHo = 1.9 kJ mol-1

19 ความร้อนของการกลายเป็นไอ (Heat of Vaporization)
H2O(l) ฎ H2O(g) DHovap = 44 kJ mol-1 100 OC p= l atm

20 ความร้อนของการหลอมเหลว (Heat of Fusion)
H2O(s) ฎ H2O(l) DHofus= 6 kJ mol-1 0 OC p= l atm

21 ความร้อนของการระเหิด
(Heat of Sublimation) H2O(g) H2O(l) H2O(s) DHofus DHovap DHosub H2O(s) ฎ H2O(g) DHosub = DHovap+ DHofus

22 ความร้อนที่เกิดขึ้นจากการละลาย ในตัวทำละลาย หรือ การผสมกัน
ความร้อนของการละลาย (Heat of Solution) ความร้อนที่เกิดขึ้นจากการละลาย ของสารประกอบของแข็ง ในตัวทำละลาย หรือ การผสมกัน ของของเหลว

23 เมื่อเติมตัวถูกละลาย (solute) 1 mol ลงในตัวทำละลาย (solvent) n mol
1. ความร้อนอินตริกรัลของสารละลาย (Integral Heat of Solution): DHint ความร้อนที่เกิดขึ้น เมื่อเติมตัวถูกละลาย (solute) 1 mol ลงในตัวทำละลาย (solvent) n mol

24 integral Heat of Solution at Infinite Dilution
HCl(g) + 5 H2O ฎ HCl. 5 H2O DHint = kJ HCl(g) + 10 H2O ฎ HCl . 10 H2O = HCl(g) H2O ฎ HCl H2O = HCl(g) + aq ฎ HCl(aq) = -H2O integral Heat of Solution at Infinite Dilution

25 ในการทำให้สารละลายเจือจางลง (DHdil)
(1) : HCl(g) + 10 H2O ฎ HCl . 10 H2O (2) : HCl(g) H2O ฎ HCl H2O เช่น (2) - (1): HCl . 10H2O + 90 H2O ฎ HCl H2O DHdil = (-73.85) - (-69.5) = kJ

26 ความร้อนที่เกี่ยวข้องเมื่อเติมตัวถูกละลาย ลงในสารละลายที่มีปริมาณมากพอ
2. ความร้อนดิฟเฟอเรนเชียลของสารละลาย (Differential Heat of Solution) ความร้อนที่เกี่ยวข้องเมื่อเติมตัวถูกละลาย 1 mol ลงในสารละลายที่มีปริมาณมากพอ (การเติมสารลงไป ต้องไม่มีผลให้ความ เข้มข้นของสารละลายเปลี่ยนแปลง)

27 เมื่อ DH = ความร้อนเนื่องจากการผสม solute n2 mol กับ solvent n1 mol
(lim Dn2 ฎ O) โดยที่ n1 คงที่

28

29 A + B C + D A + B C + D ความสัมพันธ์ระหว่าง DH กับอุณหภูมิ T2: T1: DH2
สารตั้งต้น ผลิตภัณฑ์ DH1

30 เมื่อ DH’ คือความร้อนที่ใช้ในการทำให้ สารตั้งต้น
มีอุณหภูมิเปลี่ยนแปลงจาก T1 ฎ T2 DH” คือความร้อนที่ใช้ในการทำให้ สารผลิตภัณฑ์ มีอุณหภูมิเปลี่ยนแปลงจาก T2 ฎ T1 และ DH1, DH2 เป็นการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปี ของปฏิกิริยาที่อุณหภูมิ T1 และ T2 ตามลำดับ

31 A + B C + D T2: T1: DH1 = DH’ + DH2 + DH” DH2 DH” DH’ DH1 สารตั้งต้น
ผลิตภัณฑ์ DH1 T2: DH2 DH’ DH” DH1 = DH’ + DH2 + DH”

32 DH1 = DH2 = DH1 + DH2 = DH1 +

33 a A + b B ฎ c C + d D โดยที่ ค่า DCP สำหรับปฏิกิริยา คือ
DCP = c CP(C)+d CP(D)- a CP(A)-b CP(B)

34 ??? กฏข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์ (The Second Law of Thermodynamics)
คศ Bethelot และ Thomsen อธิบายว่า DH เป็น factor ที่บอกถึงการเกิดได้เอง (Spontancity) ของปฏิกิริยา โดยคิดว่าเมื่อ DH < O ปฏิกิริยาเกิดได้ เพราะว่าการเกิดปฏิกิริยา ทำให้พลังงาน ของระบบลดลงและทำให้ระบบเสถียรขึ้น ???

35 ในทางปฏิบัติ พบว่า ภายใต้สภาวะบางอย่าง เช่น ที่อุณหภูมิสูงมาก ๆ
การเปลี่ยนอัญรูปของควอทซ์ ก็สามารถเกิดได้เองแม้ว่า DH > O SiO K SiO DH = kJ mol-1 (low quartz) (high quartz)

36 การทดลองของจูล เมื่อจูลใช้น้ำหนักถ่วงให้ใบพัดหมุนในน้ำ การหมุนทำให้น้ำร้อนขึ้น แต่ถ้าให้ความร้อนกับน้ำ ไม่สามารถทำให้ใบพัดหมุนได้ W

37 กฎข้อที่ 1 อธิบาย “Irreversible” ไม่ได้

38 “Carnot Cycle” (วัฏจักรคาร์โนต์)
เพื่อให้ประสิทธิภาพของการทำงานมีค่าสูงสุด Carnot เสนอว่า แต่ละขั้นตอนในวัฏจักรนั้น ควรเกิดขบวนการแบบย้อนกลับได้ ดังนี้

39 1. การขยายตัวแบบ Isothermal
2. การขยายตัวแบบ Adiabatic 3. การอัดตัวแบบ Isothermal 4. การอัดตัวแบบ Adiabatic

40 Th Th >> Tc TC qh qc ideal gas W4 W1 W3 W2 Thermal reservior W W

41 A T P isothermal B A B isothermal Th adiabatic adiabatic adiabatic adiabatic D C TC C D isothermal isothermal V V1 V4 V2 V3 S 1. การขยายตัวแบบ Isothermal (A ฎ B; V1 ฎ V2) “ Adiabatic (B ฎ C; V2 ฎ V3) 3. การอัดตัวแบบ Isothermal (C ฎ D; V3 ฎ V4) “ Adiabatic (D ฎ A; V4 ฎ V1)

42 Isothermal & Adiabatic processes
Isothermal : T คงที่ PV = nRT P1V1 = P2V2 P P slope = nRT 1/V V

43 Adiabatic : = w dU = nCvdT = - PdV nCvdT + PdV = O
q = 0 = w DU = q + w dU = nCvdT = - PdV nCvdT + PdV = O nCvdT + (nRT/V) dV = O

44 หารตลอดด้วย nT (Cv/T) dT + (R/V) dV = O อินติเกรดเทอม จะได้ ….???

45

46 จาก PV = nRT จะได้ P1V1 = T1 P2V2 = T2

47 Isothermal: P1V1 = P2V2 Adiabatic: P1V1g = P2V2g P V Isothermal

48 1. Isothermal Expansion DU = q + w
ที่อุณหภูมิคงที่ Th ; ระบบได้รับความร้อน qh ทำให้เกิดการขยายตัวจากปริมาตร V1 ฎ V2 DU = q + w

49 = w2 = 2. Adiabatic Expansion q = O ; แก๊สมีการขยายตัวจาก V2 ฎ V3
อุณหภูมิของระบบลดลงจาก Th ฎ Tc DU = q + w = w2 =

50 3. Isothermal Compression
ที่อุณหภูมิคงที่ Tc ; ระบบคายความร้อน qc ทำให้เกิดการอัดตัวจากปริมาตร V3 ฎ V4 DU = q + w

51 = w4 = 4. Adiabatic Compression q = O ; แก๊สมีการอัดตัวจาก V4 ฎ V1
อุณหภูมิของระบบเพิ่มขึ้นจาก Tc ฎ Th DU = q + w = w4 =

52 นั่นคือ W2 = - W4

53 = qh + qc งานสุทธิที่เครื่องจักรทำ = งานการขยายตัว - งานการอัดตัว
= งานการขยายตัว - งานการอัดตัว = (-W1 -W2) - (W3 + W4 ) = - W1 - W3 = qh + qc

54 = -w1-w3 = qh + qc qh ประสิทธิภาพของเครื่องจักร
= งานสุทธิที่เครื่องจักรทำ ความร้อนที่เครื่องจักรได้รับ = -w1-w3 = qh + qc qh = nRTh ln (V2/V1) + nRTc ln (V4/V3) nRTh ln (V2/V1 )

55 พิจารณากระบวนการ Adiabatic :
จะได้ (V2 , Th ) ฎ (V3 , TC ) (V4 , Tc ) ฎ (V1 , Th ) จะได้

56 หรือ