راهنمایی کوتاه: برای حل این مسئله، باید از دادههای سوختن و اطلاعات ساختاری اتن استفاده کنیم.
گامبهگام:
- ۱) ابتدا جرم خالص اتن را محاسبه میکنیم: جرم کل × درصد خلوص = ۲۰ گرم × ۰.۸۴ = ۱۶.۸ گرم اتن خالص.
- ۲) جرم مولی اتن (C₂H₄) را محاسبه میکنیم: (۴ × ۱) + (۲ × ۱۲) = ۲۸ گرم بر مول.
- ۳) تعداد مولهای اتن سوخته شده را پیدا میکنیم: جرم خالص ÷ جرم مولی = ۱۶.۸ گرم ÷ ۲۸ گرم/مول = ۰.۶ مول.
- ۴) آنتالپی سوختن برای ۱ مول اتن را محاسبه میکنیم: گرمای آزاد شده ÷ تعداد مولها = ۲.۷۷۵ کیلوژول ÷ ۰.۶ مول = ۴.۶۲۵ کیلوژول بر مول. (توجه: ۷۷۵/۲ یعنی ۲.۷۷۵ کیلوژول)
- ۵) معادله سوختن کامل اتن را مینویسیم: C₂H₄ + 3O₂ → 2CO₂ + 2H₂O. در این واکنش، پیوندهای زیر شکسته و تشکیل میشوند:
• شکسته میشوند: ۱ پیوند C=C، ۴ پیوند C-H، ۳ پیوند O=O.
• تشکیل میشوند: ۴ پیوند C=O (در ۲ مولکول CO₂) و ۴ پیوند O-H (در ۲ مولکول H₂O). - ۶) با استفاده از آنتالپیهای پیوند استاندارد (که باید در کتاب داده شده باشد):
• C-H: ۴۱۳ کیلوژول/مول
• O=O: ۴۹۸ کیلوژول/مول
• C=O: ۷۹۹ کیلوژول/مول
• O-H: ۴۶۳ کیلوژول/مول
محاسبه میکنیم:
ΔH = Σ انرژی پیوندهای شکسته − Σ انرژی پیوندهای تشکیلشده
ΔH = [E(C=C) + 4×E(C-H) + 3×E(O=O)] − [4×E(C=O) + 4×E(O-H)]
۴.۶۲۵ = [E(C=C) + (۴×۴۱۳) + (۳×۴۹۸)] − [(۴×۷۹۹) + (۴×۴۶۳)]
۴.۶۲۵ = [E(C=C) + ۱۶۵۲ + ۱۴۹۴] − [۳۱۹۶ + ۱۸۵۲]
۴.۶۲۵ = [E(C=C) + ۳۱۴۶] − ۵۰۴۸
E(C=C) = ۴.۶۲۵ + ۵۰۴۸ − ۳۱۴۶ = ۱۹۰۶.۶۲۵ کیلوژول/مول
پاسخ نهایی: میانگین آنتالپی پیوند دوگانه کربن-کربن (C=C) در اتن تقریباً ۱۹۰۷ کیلوژول بر مول است.
مثال مشابه: اگر ۱۰ گرم متان (CH₄) با خلوص ۹۰% بسوزد و ۵۰۰ کیلوژول گرما آزاد کند، آنتالپی پیوند C-H را میتوان محاسبه کرد. روش کار مشابه است: جرم خالص، تعداد مول، آنتالپی سوختن مولی و سپس استفاده از معادله سوختن و آنتالپیهای پیوند دیگر.
اگر میخواهی بیشتر یاد بگیری: سعی کن آنتالپی پیوند C=C را برای یک ترکیب دیگر مانند پروپن حساب کنی. همچنین، مفهوم «آنتروپی» و «انرژی آزاد گیبس» را که در تعادل واکنشها نقش دارند، مطالعه کن.
یادآوری ایمنی: آزمایشهای مربوط به سوختن گازها باید تحت نظارت بزرگسالان و در محیط ایمن انجام شود. گازهای قابل اشتعال مانند اتن خطر آتشسوزی و انفجار دارند.
