Pobierz
Transkrypt
Pobierz
Zadanie (autorem jest © dr inż. Marek Kluczkowski, umieszczam je tu za jego zgodą): Jedną z odmian alotropowych węgla jest forma C60 zwana buckminsterfulerenem lub po prostu fulerenem. Ostatnio wyznaczono standardową właściwą energię wewnętrzną spalania fulerenu w temperaturze 298K, która wynosi –36,033 kJ/g. W oparciu o tę wielkość oblicz molowe wartości ∆Hotw,298 i ∆Hosp,298 fulerenu, mając do dyspozycji ∆Hotw,298(H2O,g)= –241,8 kJ/mol i ∆Hotw,298(CO2,g)= –393,51 kJ/mol. Jakie dane są dodatkowo potrzebne, aby wyznaczyć standardową entalpię tworzenia fulerenu w temperaturze 400K? Rozwiązanie: Po pierwsze, obliczmy standardową molową energię wewnętrzną spalania fulerenu w temperaturze 298K, ∆Uosp,298, która wynosi –36,033 kJ/g · (12 · 60) g/mol = –25943,76 kJ/mol. Reakcja spalania fulerenu wygląda następująco: C60(s) + 60O2(g)= 60CO2(g) Ponieważ w reakcji tej liczba moli reagentów gazowych przed i po jest taka sama (∆νg=0), zatem ∆Hosp,298= ∆Uosp,298=–25943,76 kJ/mol. Dla powyższej reakcji, jak dla każdej reakcji, prawdziwy jest wzór, który odzwierciedla fakt, że entalpia jest funkcją stanu: n n i =1 i =1 ∆H r0,298 = ∑ m∆H i0,tw, pr,298 − ∑ a∆H i0,tw,s,298 co konkretnie dla rozważanej reakcji spalania oznacza, że: 0 0 0 ∆H r0,298 = 60∆H tw ,CO2 ,298 − 60 ∆H tw,O2 ,298 − ∆H tw,C60 ,298 Zatem znając ∆Hor,298, która jest równa ∆Hosp,298 fulerenu i pamiętając, że ∆Hotw,298 tlenu jest równe zeru, możemy obliczyć ∆Hotw,298 fulerenu: 0 0 0 ∆H tw ,C60 ,298 = 60 ∆H tw,CO2 ,298 − ∆H r,298 = 60 ⋅ ( −393,51) − ( −25943,76 ) która ostatecznie wynosi 2333,16 kJ/mol. Jak widać, reakcja tworzenia fulerenu 60C(s,grafit) = C60(s) jest reakcją endotermiczną, czego się można było spodziewać, gdyż forma niestabilna powstaje ze stabilnej termodynamicznie (grafitu). Podana entalpia tworzenia wody gazowej jest zbędna do rozwiązania zadania. Z reakcji tworzenia fulerenu wynika, że dla obliczenia ∆Hotw,400 fulerenu potrzebne są molowe pojemności cieplne przy stałym ciśnieniu dla grafitu i fulerenu (aby móc zastosować prawo Kirchoffa). Komentarz: Zadanie to było niegdyś przedmiotem kolokwiów w grupach dr Kluczkowskiego i wydawało się totalnie przerażać piszących. Jak widać obliczenia są trywialne, a konieczna jest tylko znajomość: a) definicji ciepła tworzenia i ciepła spalania, b) zależności między ∆Hr i ∆Ur, c) sposobu obliczania ∆Hr na podstawie ciepeł tworzenia (∆Htw) produktów i substratów. Jakkolwiek dziwnie nie nazywałyby się produkty i substraty, zasady te są niezmienne. Po to m.in. uczymy chemii fizycznej, abyście potrafili coś powiedzieć na temat reakcji, którą widzicie pierwszy raz w życiu.