החוק של הוס עומד כאחד מאבני היסוד של התרמודינמיקה הכימית, המאפשר כימאים לחזות את השינויים החום הקשורים לתגובות שקשה או בלתי אפשרי למדוד ישירות.עקרון זה קובע כי השינוי הכמעט מוחלט של תגובה כימית הוא עצמאי של המסלול נלקח, בתנאי שהמדינות הראשוניות והאחרונה שלו זהות.

הבנת החוק של Hes

בליבתו, חוק הוס הוא תוצאה ישירה של enthalpy להיות פונקציה של FLT:0state Roleph:1 [תפקיד המדינה] תלוי רק במצב הנוכחי של המערכת (לחץ, טמפרטורה, הרכב) ולא על איך המדינה הזאת הגיעה מחזורים ⁇ , לכן, השינוי ב- enthalpy (H) בין מגיבים ומוצרים הוא אותו הדבר אם השינוי מתרחש בשלב אחד או אחר של תגובה אחת של המידות המדורגמיתות, הוא הציע על ידי הנרי.

באופן פורמלי, ניתן לבטא את חוק היס:

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

כאשר כל ⁇ HFLT:0 [צעד] 1OVA הוא שינוי enthalpy עבור תגובה אישית במסלול.החוק נכון כי enthalpy הוא נשמר - כל חום נספג או שוחרר במהלך שלבים ביניים מבטל כאשר המעגל המלא נחשב.

לדוגמה, שינוי enthalpy להיווצרות פחמן דו חמצני מ גרפיט וחמצן יכול להיות נקבע ישירות (C + O2 ), CO2) או באמצעות היווצרות ולאחר מכן של פחמן חד תחמוצת (C + 1⁄2 CO, ואז CO + 1⁄2O2 CO2) החוק של Hes מבטיח כי סכום של שני מסלולים שווים את ה-הפנית ישר (H הוא קריטי כדי לשלוט).

הקרן האתליסטית: אנת'לפי כתפקוד המדינה

האמינות של חוק הוס מתכווצת על המאפיינים המתמטיים של פונקציות המדינה. Enthalpy (H) מוגדר כ- H=U + PV, שבו U הוא אנרגיה פנימית, P הוא לחץ, ו-V הוא נפח. עבור תהליך מדכא קבוע, השינוי ב- enthalpy שווה את החום החליק עם הסביבה.

⁇ dH = 0

כתוצאה מכך, כל נתיב המקשר שתי מדינות מניב את אותה ⁇ H. זה לא תוצאה נגזרת מניסוי לבד; זה נובע מהחוק הראשון של התרמודינדינמיקה והגדרה של enthalpy כתפקוד המדינה.לכן, חוק הוס אינו יישום אמפירי אלא עיקרון תרמודינמי קפדני.

[ה] דרך [ה] [ה] [ה]] [ה]] [ה]]], [השינוי הכולל של תגובה יכול להיות מוערך על ידי סיכום אנרגיות של אג"ח שבורות מינוס אשר נוצרו, למרות שאנרגיות האג"ח הן ערכים ממוצעים, העיקרון של חוק ההסכיון משלב אחר כך את מחזורי ההלכתיות המדויקות של החסינות, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, הליטנטיבות של הנשימות של הניתות של הניתות של ה-ה, הן מדויקות, הן, הן מדויקות, הן, הן, הן אלה הן בעלות ⁇ , הן, הן, הן של ה-[[הות של ה-[[ה'ה'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''

יישומים מעשיים ב-Complex Reaction Pathways

חוק הוס הופך חיוני כאשר מדובר בתגובות הכרוכות במספר רב של ביניים, מינים לא יציבים, או תנאים המכילים קלומנטריט ישיר.למטה הם כמה יישומים מרכזיים בהקשרים אקדמיים ותעשייתיים.

קביעת Enthalpies of Formation באמצעות מסלולים עקיף

enthalpies of Creation ( ⁇ HFLT:0earfeloFLT) הם נתונים תרמודינמית בסיסיים המשמשים לחישוב enthalpies התגובה כמעט בכל תהליך.עם זאת, תרכובות רבות לא ניתן לחשב ישירות מהאלמנטים שלהם בתגובה נקייה חד פעמית (Hh6n) עבור מולקולות אורגניות, נתוני הבעירה משולבים לעתים קרובות עם חוק של Hes כדי לחלץ hals: לדוגמה, 3 ° C6n).

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

שיטה עקיף זו היא סטנדרטית בטבלאות תרמוכימיות ומשמשת לאלפים של תרכובות אורגניות.

ניתוח של Multi-Step Synthetic Routes

בסנתזה אורגנית, מולקולה של מטרה מושגת לעתים קרובות באמצעות מספר תגובות רצופות.כל צעד יש שינוי enthalpy משלו, ואת היעילות הכוללת של אנרגיה היא קריטית עבור דרוג תהליך.חוק של Hes מאפשר כימאים לדרג מסלולים סינתטיים שונים על ידי השוואת רמות נמוכות של אנרגיה או נזלת ללא ביצוע כל צעד בקליקפי.

נתיב ביוכימי אנרגטי

מערכות חיים מסתמכות על מסלולים מטבוליים מורכבים כגון גליקוליסזה, מחזור חומצי citric, ו- 10phosphorylation חמצון חמצון. מדידה ישירה של שינוי enthalpy עבור המרה הכוללת של גלוקוז CO2 ו- H2O הוא פשוט, אבל התרומות ההפיכה החיובית של כל אנזימים HTPKOLsected אנרגיה הם לא.

עיצוב תהליכים תעשייתיים ואופטימיזציה

מהנדסים כימיים ליישם באופן שגרתי את חוק ההוסס לתכנון כורים יעילים באנרגיה ורשתות לשינוי חום.עבור תהליך רב-שלבי כגון הסינתזה של אמוניה, התגובה הכוללת N2 + 3H2 + 3H2 / 2NH3 מתרחשת רק בטמפרטורה גבוהה ולחץ.

שלב-בי-צעד מתקרב ליישום חוק הייז

כדי להשתמש ביעילות בחוק של Hes על מסלול מורכב, בצע הליך שיטתי:

  1. (ב) [ה]הסבר: [ה] [ה], [ה]], [ה], [ה],] [ה], [ה],]] [ה],]]], [ה], [ה],]], [ה],]
  2. (ב) ,0) ,הבדיל את השלבים הידועים: לשבור את תגובת היעד למערכת של תגובות עם ערכי ⁇ H ידועים.אלה עשויים לכלול תגובות, תגובות של התלקחות, או כל תגובה עם נתונים תרמוכימיים שפורסמו.
  3. (FLT:0) לקבוע את התגובות הידועות של ההרחבה:1: מניפולציה המשוואות (reverse, coefficients, Change Phase) כך שכאשר מוסיפים, המין האמצעי מבטל והמשוואה נטו תואם את המטרה.זכור להתאים באופן מקביל את סימן ה- ⁇ H ואת גודל (שינויים verse Change Sign,כפלו על ידי אותו גורם).
  4. (ב) ⁇ 0) ,[דרוש מקור]: ה[[המאה ה-20]] הוא [[המאה ה-20]].
  5. (ב) ,0) ,Verify ComplexencyFLT:1: בדוק כי למשוואה הסופית יש את הסטוימטריה הנכונה וכי כל המינים לא נמצאים במטרה ביטלו.

שיטה זו נלמדת לעתים קרובות עם משוואות תרמוכימיות שנכתבו מתחת זה לזה, ולאחר מכן הוספת אותם.לדוגמה, למצוא ⁇ H עבור התגובה 2NO2 / N2O4, נתונים ידועים עבור NO2 היווצרות N2O4 היווצרות משמשים.הצעדים מסודרים כך O2 ו- N2 ביטול הניכוי הרצויה halense.

דוגמה: Calculations

ייצור פחמן מוצף

איור קלאסי אחד הוא לקבוע את הנטל של היווצרות של CO. התגובה הישירה C + 1⁄2O2 ; CO קשה למדוד כי CO2 הוא תמיד מוצר צד. עם זאת, הבעירה של גרפיט ואת הבעירה של CO הם גם נמדד בקלות:

  • ⁇ HoriFLT:0 ,combFLT:1(C, גרפיט) = −393.5 kJ / mol (C + O2 , CO2)
  • ⁇ HoriFLT:0 [combbFLT] = −283.0 kJ/mol (CO + 1⁄2O2

אנו רוצים ⁇ H עבור C + 1⁄2O2 / CO. לטפל בבעירה הידועה של גרפיט כצעד הסיום של המטרה. משוואות הסדר:

  1. C + O2 ⁇ H=-393.5 kJ
  2. CO2- CO + 1⁄2O2, ⁇ H= +283.0 kJ (reverse of CO combustion)

הוסף: C + O2 + CO2 + CO2 + 1⁄2O2 / ביטול CO2 ו- נטו O2: נשאר עם C + 1⁄2O2 / CO, ⁇ H= −393.5 + 283.0 = −110.5 kJ / mol. זה ערך זה משחקים שנאספו נתונים ומראה כי היווצרות CO הוא אקסותרמית, אך פחות מאשר קובוס מוחלט.

Enthalpy של תגובה עבור biochemical Conversion

שקול את המרה של גלוקוז לחמצות לקטנות בגליקוזה אנירובית: C6H12O6 2C3H6O3. Direct calorimetry הוא מאתגר בשל מורכבות אנזים.עם זאת, באמצעות חוק העומס של HesH6O6O3, אנו יכולים לסכם את ⁇ H של 11 הצעדים האנזים.

יתרונות ומגבלות

היתרון העיקרי של חוק הוס הוא שהוא מסמיך קשיים ניסיוניים.הוא נמנע מבעיות עם תגובות לא שלמות, מוצרים צדדיים, ביניים לא יציבים, או תנאים קיצוניים.זה גם מאפשר חישוב של שינויים enthalpy לתגובות שאחרת ידרוש מתקנים מסוכנים או יקרים. בחינוך, הוא מחזק את מושג התפקודים והשמירה על אנרגיה.

עם זאת, לחוק של Hes יש מגבלות.אין זה מספק מידע על ה- (FLT:0rearateFLT:1 או FLT:2mechanismFLT 3 של תגובה; זה רק נותן פוטנציאל אנרגטי בהתאם לדיוק של התוצאה תלוי לחלוטין דיוק ערכי ⁇ h .

מגבלה מעשית נוספת היא הזמינות של נתונים תרמוכימיים אמינים.עבור מולקולות אקזוטיות רבות או מינים טרנסיים, היווצרות enthalpies אינם טבועים.במקרים כאלה, שיטות estimation כמו תוספת קבוצתית (מבוסס על חוק היס ברוח) ניתן להשתמש, אך אי-ודאות עלייה.

השוואה עם Calorimetry

(הפסקי הישיר מודד את שינוי החום של תגובה על ידי בידוד המערכת ב- calorimeter (למשל, פצצת calorimeter עבור הבעירה) בעוד מדויק, זה לעתים קרובות cumbersome. Bomb calortry דורש שילוב של דגימות באטמוספירה חמצן פשוטה (Holation) ו cabation.2) הוא תערובת מהירה, או כוללת גזים חמורים ב-HRM2, במיוחד, במיוחד, כאשר הוא יכול להיות קבוע של 2.

יישומים מתקדמים ב-Thermodynamics

מעבר ל-Hallpy, עקרונות החוק של Hes מרחיבים לפונקציות אחרות של מדינה כגון:0Gibbs אנרגיה חופשית FLT:1 ( ⁇ G) ו-FLT:2entropyFLT 3: 3 ( ⁇ S) מאז מחזורי המרה של ⁇ G = ⁇ H-T ⁇ S, ו- ⁇ G היא גם פונקציה מדינה, דומה מסלול מאפשר בנייה של אנרגיה נקייה מ-ATP ל-Alion.

בחומרים מדע, חוק הוס משמש לנתח:0 (סעיפים 1 ו-FLT:2doping אפקטיםssph 3) עבור תגובה מוצקה של מדינה כמו 2MgO + SiO2 ; Mg2SiO4 (forsterite), שינוי ההלכתי עשוי להיות מושג על ידי היווצרות oxidesi, לעתים קרובות לתקן את הפחתת ה- caceerati של אנרגיה קרמיקה.

כימיה סביבתית גם מועילה מחוק ההוסס כאשר בוחנים את ההשפעה התרמית נטו של תגובות אטמוספיריות.לדוגמה, שינוי הניפי עבור מחזורי פירוק האוזון ניתן לחלק יחד ממספר תגובות בסיסיות, למרות שהמחזור הכולל עשוי לכלול רדיקלים טרנסיים כגון ClO ו-Ho2 שנמדדים בניסויים פוטוליטיים.

מסקנה

החוק של הוס נותר עיקרון צדדי וקבוע להפליא בכימיה.על ידי ניצול האופי התפקודי של המדינה של מיומנות enthalpy, הוא מאפשר למדענים ולמהנדסים לחשב שינויים אנרגיה לתגובות שהם מאתגרים מבחינה ניסיונית או בלתי סבירים מבחינה כלכלית כדי למדוד ישירות את הקביעה של halpies היווצרות של lesimis- מיליארד דולר תהליכים תעשייתיים, היישומים של חוקיואטים חיוניים לכל היותר, כמו שיטות מחקר כימיות, ככל הנראה, כך לא יתפתחואלימות, כך, כך, כך, כך, כך שעדיין לא ירחיבואלימותרפיות, כך, כך שעדיין לא יתפתחומים, כך, כך, כך, כך, כך, כך שסביר להניח, כך, כך, כך, כך שעדיין לא ירחיבומים, כך, כך, כך שסביר להניח, כך, כך שסביר להניח, כך ששיטות הפיתוח הכימיות, כך שעדיין לא ישפרו שיטות מחקריות, כך, כך, כך שעדיין לא יתפתחו כמשמעו, כך שעדיין לא יתפתחו שיטות מחקריות, כך, כך שעדיין לא יתפתחו שיטות מחקר כימיות, כך שסביר להניח, כך, כך, כך שסביר להניח, כך, כך,