II.5. Căldura de formare. Stările standard ale substanțelor.

Variațiile de entalpie sunt constante specifice fiecărei transformări fizice/ chimice și care se găsesc în tabele. Există tabele cu entalpii de topire, de vaporizare, de ardere etc.

Chimiștii au stabilit diferite stări standard pentru compararea valorilor variațiilor de entalpie a reacțiilor chimice. Astfel, pentru elemente, stările standard sunt acele forme fizice ale elementului care sunt stabile la presiunea de 1 atm și temperatura de 25 °C.

Variația de entalpie a reacției de sinteză a unui mol de substanță compusă din elementele componente în starea lor standard reprezintă entalpia molară de formare a substanței respective (exprimată în KJ/mol).

Măsurată în condiții standard, entalpia de formare (căldură de formare) se numește entalpie standard de formare și se notează cu ΔH_f⁰.

Sistemele tind să ajungă la o stare minimă de energie și de aceea cu cât entalpia molară de formare (ΔH_f⁰) a unei substanțe este mai mică (negativă), cu atât substanța este mai stabilă.

Stările standard ale substanțelor :
- Prin convenție, entalpia unui element în condiții standard este zero.
- Dacă o substanță există în mai multe stări de agreagare, se alege ca stare standard forma cea mai stabilă.
- În cazul compușilor, starea standard reprezintă starea fizică (solidă/lichidă/gazoasă) a acestora la presiunea de 1 atm și temperatura de 25 °C.
- În cazul soluțiilor, starea standard se consideră soluțiile de concentrație 1M.

Variația de entalpie a reacției este egală cu diferența dintre suma căldurilor de formare standard a produșilor de reacție și suma căldurilor de formare standard a reactanților:
ΔH = Σ ν_p ∙ H_p – Σ ν_r ∙ H_r

ν_p = nr. de moli produși
H_p = entalpiile produșilor de reacție
ν_r = nr. de moli reactanți
H_r = entalpiile reactanților

🔦 Observație

Entalpia de formare se utilizează pentru determinarea variației de entalpie a reacțiilor sau invers, variația de entalpie a reacțiilor permite calcularea entalpiilor de formare a unor substanțe.

🔓 Probleme rezolvate

1. Cunoscând variația entalpiei a reacției de ardere a aluminiului, determină entalpia molară de formare a oxidului de aluminiu.

Rezolvare:

2. Se dau entalpiile molare de formare a dioxidului de carbon și monoxidului de carbon. Află care oxid este mai stabil și variația entalpiei reacției de ardere a monoxidului de carbon.
CO₂ (g) : ΔH_f⁰ = –393,5 kJ/mol
CO (g) : ΔH_f⁰ = –110,5 kJ/mol

Rezolvare:

Cu cât entalpia molară de formare (ΔH_f⁰) a unei substanțe este mai mică (negativă), cu atât substanța este mai stabilă. Întrucât CO₂ are entalpia de formare mai mică decât CO, putem afirma că CO₂ este mai stabil decât CO.

Scriem reacția de ardere a CO:

Întrucât variația de entalpie a reacției este pozitivă, înseamnă că sistemul absoarbe energie sub formă de căldură, fiind o reacție endotermă.

🔦 Observație

Atenție! Nu confunda căldura (entalpia) de reacție cu căldura (entalpia) de formare. Astfel, în reacția de formare a apei după ecuația:

2H₂ (g) + O₂ (g) → 2H₂O (l); ΔH_r = –2 ∙ 285,8 kJ = –571,6 kJ/mol

571,6 kJ reprezintă căldura de reacție sau efectul termic total, în timp ce, pentru formarea unui mol de apă revin 285,8 kJ/mol și care reprezintă căldura de formare a apei lichide.

Tabel cu entalpiile standard de formare pentru diferite substanțe