Стандартная энтальпия образования соединения

Введение

Изменение энтальпии при образовании соединения из его элементов

В химии и термодинамике стандартная энтальпия образования или стандартное теплообразование соединения – это изменение энтальпии при образовании 1 моля вещества из его элементов в их исходном состоянии, при этом все вещества находятся в стандартных состояниях. Рекомендуемое IUPAC стандартное значение давления равно 100 кПа = 1 бар (единица измерения), хотя до 1982 года использовалось значение 1,00 атм (101,325 кПа). Стандартной температуры не существует. Обозначение стандартной энтальпии образования – ΔfH°. Индекс «°» указывает на то, что процесс протекает в стандартных условиях при указанной температуре (обычно 25 °C или 298,15 K). Стандартные состояния определены для различных типов веществ. Для газа это гипотетическое состояние, которое газ примет, если он подчиняется уравнению идеального газа при давлении 1 бар. Для газообразного или твердого растворенного вещества, присутствующего в разбавленном идеальном растворе, стандартным состоянием является гипотетическое состояние концентрации растворенного вещества, равное точно одному молю на литр (1 М) при давлении 1 бар, экстраполированное из бесконечного разбавления. Для чистого вещества или растворителя в конденсированном состоянии (жидкости или твердого вещества) стандартным состоянием является чистая жидкость или твердое вещество при давлении 1 бар. Для элементов, имеющих несколько аллотропных модификаций, исходное состояние обычно выбирается в форме, в которой элемент наиболее стабилен при давлении 1 бар. Исключением является фосфор, для которого наиболее стабильной формой при 1 бар является черный фосфор, но белый фосфор выбирается в качестве стандартного исходного состояния с нулевой энтальпией образования. Например, стандартная энтальпия образования углекислого газа – это энтальпия следующей реакции при указанных условиях:
C(т, графит) + O2(г) → CO2(г)
Все элементы записаны в их стандартных состояниях, и образуется один моль продукта. Это справедливо для всех энтальпий образования. Стандартная энтальпия образования измеряется в единицах энергии на количество вещества, обычно в килоджоулях на моль (кДж/моль), но также в килокалориях на моль, джоулях на моль или килокалориях на грамм (любая комбинация этих единиц, соответствующая соотношению энергии к массе или количеству вещества). Все элементы в их исходном состоянии (кислород, твердый углерод в форме графита и т.д.) имеют стандартную энтальпию образования, равную нулю, поскольку их образованию не сопутствует никаких изменений. Реакция образования – это процесс при постоянном давлении и постоянной температуре. Поскольку давление стандартной реакции образования фиксировано на уровне 1 бар, стандартная энтальпия образования или теплота реакции является функцией температуры. Для целей табулирования стандартные энтальпии образования приводятся при одной температуре: 298 K, обозначаемой символом .

Закон Гесса

Для многих веществ реакция образования может рассматриваться как сумма ряда более простых реакций, как реальных, так и условных. Энтальпию реакции можно проанализировать, применив закон Гесса, который утверждает, что сумма изменений энтальпии для ряда отдельных стадий реакции равна изменению энтальпии в общей реакции. Это справедливо, поскольку энтальпия является функцией состояния, и её значение для всего процесса зависит только от начального и конечного состояний, а не от каких-либо промежуточных состояний. Примеры приведены в последующих разделах.

Примеры: стандартные энталпии образования при 25 °C

Термохимические свойства отобранных веществ при 298,15 К и 1 атм.

Неорганические вещества

Вид Фаза Химическая формула ΔfH⦵ /(кДж/моль) Алюминий Твердый Al 0 Хлорид алюминия Твердый AlCl3 −705.63 Оксид алюминия Твердый Al2O3 −1675.5 Гидроксид алюминия Твердый Al(OH)3 −1277 Сульфат алюминия Твердый Al2(SO4)3 −3440 Хлорид бария Твердый BaCl2 −858.6 Карбонат бария Твердый BaCO3 −1216 Гидроксид бария Твердый Ba(OH)2 −944.7 Оксид бария Твердый BaO −548.1 Сульфат бария Твердый BaSO4 −1473.3 Бериллий Твердый Be 0 Гидроксид бериллия Твердый Be(OH)2 −903 Оксид бериллия Твердый BeO −609.4 Трихлорид бора Твердый BCl3 −402.96 Бром Жидкий Br2 0 Ион брома Водный Br− −121 Бром Газ Br 111.884 Бром Газ Br2 30.91 Трифторид брома Газ BrF3 −255.60 Бромистый водород Газ HBr −36.29 Кадмий Твердый Cd 0 Оксид кадмия Твердый CdO −258 Гидроксид кадмия Твердый Cd(OH)2 −561 Сульфид кадмия Твердый CdS −162 Сульфат кадмия Твердый CdSO4 −935 Цезий Твердый Cs 0 Цезий Газ Cs 76.50 Цезий Жидкий Cs 2.09 Ион цезия(I) Газ Cs+ 457.964 Хлорид цезия Твердый CsCl −443.04 Кальций Твердый Ca 0 Кальций Газ Ca 178.2 Ион кальция(II) Газ Ca2+ 1925.90 Ион кальция(II) Водный Ca2+ −542.7 Карбид кальция Твердый CaC2 −59.8 Карбонат кальция (Кальцит) Твердый CaCO3 −1206.9 Хлорид кальция Твердый CaCl2 −795.8 Хлорид кальция Водный CaCl2 −877.3 Фосфат кальция Твердый Ca3(PO4)2 −4132 Фторид кальция Твердый CaF2 −1219.6 Гидрид кальция Твердый CaH2 −186.2 Гидроксид кальция Твердый Ca(OH)2 −986.09 Гидроксид кальция Водный Ca(OH)2 −1002.82 Оксид кальция Твердый CaO −635.09 Сульфат кальция Твердый CaSO4 −1434.52 Сульфид кальция Твердый CaS −482.4 Волластонит Твердый CaSiO3 −1630 Углерод (Графит) Твердый C 0 Углерод (Алмаз) Твердый C 1.9 Углерод Газ C 716.67 Диоксид углерода Газ CO2 −393.509 Дисульфид углерода Жидкий CS2 89.41 Дисульфид углерода Газ CS2 116.7 Оксид углерода(II) Газ CO −110.525 Карбонилхлорид (Фосген) Газ COCl2 −218.8 Диоксид углерода (неионизированный) Водный CO2(aq) −419.26 Бикарбонат-ион Водный HCO3– −689.93 Карбонат-ион Водный CO32– −675.23 Моноатомный хлор Газ Cl 121.7 Ион хлора Водный Cl− −167.2 Хлор Газ Cl2 0 Хром Твердый Cr 0 Медь Твердый Cu 0 Бромид меди(II) Твердый CuBr2 −138.490 Хлорид меди(II) Твердый CuCl2 −217.986 Оксид меди(II) Твердый CuO −155.2 Сульфат меди(II) Водный CuSO4 −769.98 Фтор Газ F2 0 Моноатомный водород Газ H 218 Водород Газ H2 0 Вода Газ H2O −241.818 Вода Жидкая H2O −285.8 Ион водорода Водный H+ 0 Гидроксид-ион Водный OH− −230 Перекись водорода Жидкая H2O2 −187.8 Фосфорная кислота Жидкая H3PO4 −1288 Цианистый водород Газ HCN 130.5 Бромистый водород Жидкий HBr −36.3 Хлористый водород Газ HCl −92.30 Хлористый водород Водный HCl −167.2 Фтористый водород Газ HF −273.3 Иодистый водород Газ HI 26.5 Иод Твердый I2 0 Иод Газ I2 62.438 Иод Водный I2 23 Иодид-ион Водный I− −55 Железо Твердый Fe 0 Карбид железа (Цементит) Твердый Fe3C 5.4 Карбонат железа(II) (Сидерит) Твердый FeCO3 −750.6 Хлорид железа(III) Твердый FeCl3 −399.4 Оксид железа(II) (Вюстит) Твердый FeO −272 Оксид железа(II,III) (Магнетит) Твердый Fe3O4 −1118.4 Оксид железа(III) (Гематит) Твердый Fe2O3 −824.2 Сульфат железа(II) Твердый FeSO4 −929 Сульфат железа(III) Твердый Fe2(SO4)3 −2583 Сульфид железа(II) Твердый FeS −102 Пирит Твердый FeS2 −178 Свинец Твердый Pb 0 Диоксид свинца Твердый PbO2 −277 Сульфид свинца Твердый PbS −100 Сульфат свинца Твердый PbSO4 −920 Нитрат свинца(II) Твердый Pb(NO3)2 −452 Сульфат свинца(II) Твердый PbSO4 −920 Фторид лития Твердый LiF −616.93 Магний Твердый Mg 0 Ион магния Водный Mg2+ −466.85 Карбонат магния Твердый MgCO3 −1095.797 Хлорид магния Твердый MgCl2 −641.8 Гидроксид магния Твердый Mg(OH)2 −924.54 Гидроксид магния Водный Mg(OH)2 −926.8 Оксид магния Твердый MgO −601.6 Сульфат магния Твердый MgSO4 −1278.2 Марганец Твердый Mn 0 Оксид марганца(II) Твердый MnO −384.9 Оксид марганца(IV) Твердый MnO2 −519.7 Оксид марганца(III) Твердый Mn2O3 −971 Оксид марганца(II,III) Твердый Mn3O4 −1387 Перманганат Водный MnO4− −543 Оксид ртути(II) (красный) Твердый HgO −90.83 Сульфид ртути (красный, киноварь) Твердый HgS −58.2 Азот Газ N2 0 Аммиак (гидроксид аммония) Водный NH3 (NH4OH) −80.8 Аммиак Газ NH3 −46.1 Нитрат аммония Твердый NH4NO3 −365.6 Хлорид аммония Твердый NH4Cl −314.55 Диоксид азота Газ NO2 33.2 Гидразин Газ N2H4 95.4 Гидразин Жидкий N2H4 50.6 Закись азота Газ N2O 82.05 Оксид азота(II) Газ NO 90.29 Тетраоксид диазота Газ N2O4 9.16 Пентаоксид диазота Твердый N2O5 −43.1 Пентаоксид диазота Газ N2O5 11.3 Азотная кислота Водная HNO3 −207 Моноатомный кислород Газ O 249. Кислород Газ O2 0 Озон Газ O3 143 Белый фосфор Твердый P4 0 Красный фосфор Твердый P −17.4 Черный фосфор Твердый P −39.3 Бромид калия Твердый KBr −392.2 Карбонат калия Твердый K2CO3 −1150 Хлорат калия Твердый KClO3 −391.4 Хлорид калия Твердый KCl −436.68 Фторид калия Твердый KF −562.6 Оксид калия Твердый K2O −363 Нитрат калия Твердый KNO3 −494.5 Перхлорат калия Твердый KClO4 −430.12 Кремний Газ Si 368.2 Карбид кремния Твердый SiC −74.4, −71.5 Тетрахлорид кремния Жидкий SiCl4 −640.1 Кварц (Диоксид кремния) Твердый SiO2 −910.86 Бромид серебра Твердый AgBr −99.5 Хлорид серебра Твердый AgCl −127.01 Иодид серебра Твердый AgI −62.4 Оксид серебра Твердый Ag2O −31.1 Сульфид серебра Твердый Ag2S −31.8 Натрий Твердый Na 0 Натрий Газ Na 107.5 Бикарбонат натрия Твердый NaHCO3 −950.8 Карбонат натрия Твердый Na2CO3 −1130.77 Хлорид натрия Водный NaCl −407.27 Хлорид натрия Твердый NaCl −411.12 Хлорид натрия Жидкий NaCl −385.92 Хлорид натрия Газ NaCl −181.42 Хлорат натрия Твердый NaClO3 −365.4 Фторид натрия Твердый NaF −569.0 Гидроксид натрия Водный NaOH −469.15 Гидроксид натрия Твердый NaOH −425.93 Гипохлорит натрия Твердый NaOCl −347.1 Нитрат натрия Водный NaNO3 −446.2 Нитрат натрия Твердый NaNO3 −424.8 Оксид натрия Твердый Na2O −414.2 Сера (моноклинная) Твердый S8 0.3 Сера (ромбическая) Твердый S8 0 Сульфид водорода Газ H2S −20.63 Диоксид серы Газ SO2 −296.84 Триоксид серы Газ SO3 −395.7 Серная кислота Жидкая H2SO4 −814 Титан Газ Ti 468 Тетрахлорид титана Газ TiCl4 −763.2 Тетрахлорид титана Жидкий TiCl4 −804.2 Диоксид титана Твердый TiO2 −944.7 Цинк Газ Zn 130.7 Хлорид цинка Твердый ZnCl2 −415.1 Оксид цинка Твердый ZnO −348.0 Сульфат цинка Твердый ZnSO4 −980.14

Алифатические углеводороды

Формула Название ΔfH⦵ /(ккал/моль) ΔfH⦵ /(кДж/моль)
Прямоцепочечные
CH4 Метан −17.9 −74.9
C2H6 Этан −20.0 −83.7
C2H4 Этилен 12.5 52.5
C2H2 Ацетилен 54.2 226.8
C3H8 Пропан −25.0 −104.6
C4H10 н-Бутан −30.0 −125.5
C5H12 н-Пентан −35.1 −146.9
C6H14 н-Гексан −40.0 −167.4
C7H16 н-Гептан −44.9 −187.9
C8H18 н-Октан −49.8 −208.4
C9H20 н-Нонан −54.8 −229.3
C10H22 н-Декан −59.6 −249.4
Разветвленные изомеры алканов C4
C4H10 Изобутан (метилпропан) −32.1 −134.3
Разветвленные изомеры алканов C5
C5H12 Неопентан (диметилпропан) −40.1 −167.8
C5H12 Изопентан (метилбутан) −36.9 −154.4
Разветвленные изомеры алканов C6
C6H14 2,2-Диметилбутан −44.5 −186.2
C6H14 2,3-Диметилбутан −42.5 −177.8
C6H14 2-Метилпентан (изогексан) −41.8 −174.9
C6H14 3-Метилпентан −41.1 −172.0
Разветвленные изомеры алканов C7
C7H16 2,2-Диметилпентан −49.2 −205.9
C7H16 2,2,3-Триметилбутан −49.0 −205.0
C7H16 3,3-Диметилпентан −48.1 −201.3
C7H16 2,3-Диметилпентан −47.3 −197.9
C7H16 2,4-Диметилпентан −48.2 −201.7
C7H16 2-Метилгексан −46.5 −194.6
C7H16 3-Метилгексан −45.7 −191.2
C7H16 3-Этилпентан −45.3 −189.5
Разветвленные изомеры алканов C8
C8H18 2,3-Диметилгексан −55.1 −230.5
C8H18 2,2,3,3-Тетраметилбутан −53.9 −225.5
C8H18 2,2-Диметилгексан −53.7 −224.7
C8H18 2,2,4-Триметилпентан (изооктан) −53.5 −223.8
C8H18 2,5-Диметилгексан −53.2 −222.6
C8H18 2,2,3-Триметилпентан −52.6 −220.1
C8H18 3,3-Диметилгексан −52.6 −220.1
C8H18 2,4-Диметилгексан −52.4 −219.2
C8H18 2,3,4-Триметилпентан −51.9 −217.1
C8H18 2,3,3-Триметилпентан −51.7 −216.3
C8H18 2-Метилгептан −51.5 −215.5
C8H18 3-Этил-3-метилпентан −51.4 −215.1
C8H18 3,4-Диметилгексан −50.9 −213.0
C8H18 3-Этил-2-метилпентан −50.4 −210.9
C8H18 3-Метилгептан −60.3 −252.5
C8H18 4-Метилгептан ? ?
C8H18 3-Этилгексан ? ?
Разветвленные изомеры алканов C9 (выбранные)
C9H20 2,2,4,4-Тетраметилпентан −57.8 −241.8
C9H20 2,2,3,3-Тетраметилпентан −56.7 −237.2
C9H20 2,2,3,4-Тетраметилпентан −56.6 −236.8
C9H20 2,3,3,4-Тетраметилпентан −56.4 −236.0
C9H20 3,3-Диэтилпентан −55.7 −233.0

Другие органические соединения

Вид вещества Химическая формула ΔfH⦵ /(кДж/моль) Ацетон Жидкий C3H6O −248,4 Бензол Жидкий C6H6 48,95 Бензойная кислота Твердое C7H6O2 −385,2 Тетрахлорметан Жидкий CCl4 −135,4 Тетрахлорметан Газ CCl4 −95,98 Этанол Жидкий C2H5OH −277,0 Этанол Газ C2H5OH −235,3 Глюкоза Твердое C6H12O6 −1271 Изопропанол Газ C3H7OH −318,1 Метанол (метиловый спирт) Жидкий CH3OH −238,4 Метанол (метиловый спирт) Газ CH3OH −201,0 Метил линолеат (биодизель) Газ C19H34O2 −356,3 Сахароза Твердое C12H22O11 −2226,1 Трихлорметан (хлороформ) Жидкий CHCl3 −134,47 Трихлорметан (хлороформ) Газ CHCl3 −103,18 Винилхлорид Твердое C2H3Cl −94,12