Wat is Standaardreferentietoestand, standaardvormingsenthalpie? — Scheikunde

Definitie 1.7 Universitaire scheikunde — jaar 2 · Hoofdstuk 1 — Reactie-enthalpieën

De standaardreferentietoestand van een element bij temperatuur $T$ is zijn stabielste vorm bij $T$ onder $p^\circ$ : $\ce{H2}$ , $\ce{O2}$ , $\ce{N2}$ en $\ce{Cl2}$ als ideale gassen, koolstof als grafiet, natrium als metaal, broom als vloeistof (bij $298\,\mathrm{K}$ ). De standaardvormingsenthalpie $\Delta_f H^\circ$ van een verbinding is de standaardreactie-enthalpie van haar vormingsreactie, de reactie die één mol van de verbinding maakt uit haar elementen in hun referentietoestand. Per constructie is $\Delta_f H^\circ = 0$ voor een element in zijn referentietoestand.

Enthalpieniveaus voor de verbranding van methaan bij 298.15\, K. De elementen in hun referentietoestand vormen het nulpunt. Methaan ligt 74.9\, kJ/ mol lager, de reactieproducten 965.2\, kJ/ mol lager: de verbrandingsenthalpie is het verschil, -890.3\, kJ/ mol, welke weg de vlam ook werkelijk volgt. — Enthalpieniveaus voor de verbranding van methaan bij $298.15\,\mathrm{K}$ . De elementen in hun referentietoestand vormen het nulpunt. Methaan ligt $74.9\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ lager, de reactieproducten $965.2\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ lager: de verbrandingsenthalpie is het verschil, $-890.3\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ , welke weg de vlam ook werkelijk volgt.

Voorbeelden

Voorbeeld 1.8 (Vormingsreacties)

De vormingsreactie van water is $\ce{H2(g) + 1/2O2(g) -> H2O(l)}$ , met $\Delta_f H^\circ = -285.83\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ bij $298.15\,\mathrm{K}$ ; die van methaan is $\ce{C(s) + 2H2(g) -> CH4(g)}$ , $\Delta_f H^\circ = -74.9\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ ; die van stikstofmonoxide, $\ce{1/2N2(g) + 1/2O2(g) -> NO(g)}$ , $\Delta_f H^\circ = +90.3\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ : een endotherme verbinding, die de hete gassen van een motor toch vormen. De halve coëfficiënten zijn geen probleem: de vormingsreactie is een boekhoudkundig hulpmiddel, geen mechanisme.

Voorbeeld 1.11 (Verbranding van methaan)

Voor $\ce{CH4(g) + 2O2(g) -> CO2(g) + 2H2O(l)}$ is $\Delta_r H^\circ = -393.51 + 2(-285.83) - (-74.87) - 0 = -890.3\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ bij $298.15\,\mathrm{K}$ . De waarde gemeten in een calorimeter is $-890.7\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ : tabel en vlam komen overeen binnen de onzekerheid van de gegevens. Als het water als damp vertrekt ( $\Delta_f H^\circ = -241.83\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ ), is $\Delta_r H^\circ = -802.3\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ : het verschil, $88.0\,\mathrm{kJ}$ , is de verdampingsenthalpie van twee mol water, die een condensatieketel terugwint door zijn rookgassen te condenseren.

Voorbeeld 1.13 (Van koolstof naar koolstofmonoxide)

Bij het verbranden van koolstof ontstaat altijd wat koolstofdioxide; daarom wordt de enthalpie van $\ce{C(s) + 1/2O2(g) -> CO(g)}$ niet rechtstreeks gemeten. De twee verbrandingen $\ce{C(s) + O2(g) -> CO2(g)}$ ( $-393.51\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ ) en $\ce{CO(g) + 1/2O2(g) -> CO2(g)}$ ( $-283.0\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ , gemeten) zijn dat wel; de doelreactie is de eerste min de tweede: $\Delta_r H^\circ = -393.51 + 283.0 = -110.5\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ , de vormingsenthalpie van koolstofmonoxide.

Lees in het hoofdstuk →

Voorbeelden

Verwante begrippen