Entalpia: co to jest, wzór, rodzaje i przykłady

Co to jest entalpia?

Entalpia to ilość ciepła, którą system termodynamiczny uwalnia lub pochłania z otaczającego go środowiska, gdy jest pod stałym ciśnieniem, rozumiejąc przez system termodynamiczny dowolny obiekt.

W fizyce i chemii entalpia jest wielkością termodynamiczną, której jednostką miary jest dżul (J) i jest reprezentowany przez literę H.

Wzór na obliczenie entalpii to:

H = E + PV

Gdzie:

• H to entalpia.
• E to energia układu termodynamicznego.
• P to ciśnienie układu termodynamicznego.
• V to głośność.

W tym wzorze iloczyn ciśnienia pomnożony przez objętość (PV) jest równy pracy mechanicznej zastosowanej w układzie.

W związku z tym, entalpia jest równa energii układu termodynamicznego plus przyłożona do niego praca mechaniczna.

Jednak entalpię systemu można zmierzyć tylko w momencie, gdy następuje zmiana energii. Odmiana, reprezentowana przez znak Δ, daje początek nowej formule:

∆H = ∆E + P∆V

Oznacza to, że zmiana entalpii (∆H) jest równa zmianie energii (∆E) plus praca mechaniczna zastosowana do układu (P∆V).

Entalpia pochodzi z greki entalpō, co oznacza dodawanie lub dodawanie ciepła. Termin ten został po raz pierwszy wymyślony przez holenderską fizyk Heike Kamerlingh Onnes, laureatkę Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki w 1913 roku.

Rodzaje entalpii

Istnieje kilka rodzajów entalpii w zależności od stosowanych substancji i procesów. Gdy proces obejmuje uwolnienie energii, jest to reakcja egzotermiczna, natomiast wychwytywanie energii oznacza, że ​​jest to reakcja endotermiczna.

Na podstawie powyższego entalpie dzieli się na:

Entalpia formacji

Jest to energia potrzebna do wytworzenia mola substancji z elementów, które ją tworzą. Przypomnijmy, że kret jest jednostką miary substancji odpowiadającą 6,023x10²³ atomy lub cząsteczki.

Przykład entalpii formacji jest połączeniem tlenu (O) i wodoru (H) tworząc wodę (H₂O), którego zmienność energii lub entalpii (ΔH) wynosi -285 820 KJ/mol.

Entalpia reakcji

Jest to energia uwalniana w wyniku reakcji chemicznej pod stałym ciśnieniem.

Przykład entalpii reakcji jest tworzeniem metanu (CH4) z połączenia węgla (C) i wodoru (H):

C + 2H₂ → CH₄

Zobacz także Reakcja chemiczna.

Entalpia roztworu

Odnosi się do ilości ciepła oddanego lub pochłoniętego przez substancję, gdy rozpuszcza się w roztworze wodnym.

Przykład entalpii roztworu tak się dzieje podczas rozpuszczania kwasu siarkowego (H₂południowy zachód₄) w wodzie (H₂LUB). Ilość energii uwalnianej przez kwas jest tak duża, że ​​jest to rozwiązanie, które należy stosować z zachowaniem pewnych środków bezpieczeństwa.

Entalpia neutralizacji

Jest to energia, która jest wychwytywana lub uwalniana, gdy kwas i zasada mieszają się, neutralizując się nawzajem.

Przykład entalpii neutralizacji dzieje się tak, gdy mieszamy kwas octowy (CH₃COOH) z wodorowęglanem (NaHCO₃).

Zobacz także Kwasy i zasady.

Entalpia spalania

Jest to energia uwalniana, gdy jeden mol substancji organicznej wchodzi w reakcję z tlenem znajdującym się w powietrzu i uwalnia dwutlenek węgla (CO_2).

Przykład entalpii spalania jest generowany przez propan (C₃H₈), która uwalnia energię wykorzystywaną jako paliwo domowe:

do₃H₈ + 5 O₂ → 3CO₂+ 4 godz₂LUB

Bezpłatnie 2044 x 10³ KJ / mol

Zmiana entalpii (ΔH) = -2,044x10^3 KJ/mol

Zobacz także Spalanie.

Entalpia rozpadu

Jest to ilość ciepła lub energii, która jest uwalniana, gdy mol substancji rozkłada się na prostsze elementy.

Przykład entalpii rozkładu ma miejsce, gdy nadtlenek wodoru lub nadtlenek wodoru rozkłada się, tworząc wodę i tlen:

2H₂LUB₂→ 2H₂O + O₂

Uwalnia się 96,5 KJ / mol

Zmiana entalpii (ΔH) = 96,5 KJ / mol

Entalpia rozpuszczania

Odnosi się do ilości ciepła lub energii, którą substancja wychwytuje lub oddaje, gdy do roztworu zostanie dodana większa ilość wody.

Przykład entalpii rozpuszczania Dzieje się tak, gdy do wody dodamy detergent w proszku.

Zobacz także roztwór chemiczny.

Entalpia zmiany fazy

Odnosi się do wymiany energii, która zachodzi, gdy element zmienia stan (stały, ciekły lub gazowy). W tym sensie mamy:

• Entalpia syntezy: zmiana entalpii w przejściu ze stanu stałego do stanu ciekłego
• Entalpia sublimacji: zmiana entalpii w przejściu od ciała stałego do gazu.
• Entalpia parowania: przejście od cieczy do gazu.

Przykład entalpii zmiany fazy Tak dzieje się w obiegu wody, ponieważ przechodząc ze stanu ciekłego do stanu gazowego lub stałego (lub dowolnej z ich możliwych kombinacji) woda uwalnia lub pochłania energię. W tym przypadku zmiana energii w przejściu wody z cieczy do gazu w 100 ° C wynosi 40,66 KJ / mol.

Zobacz też:

• Reakcja endotermiczna.
• Reakcja egzotermiczna.

Do czego służy entalpia

Entalpia służy do dokładnego pomiaru zmian energii, które występują w systemie, zarówno w momencie pobierania, jak i uwalniania energii do środowiska.

Entalpia to złożona koncepcja termodynamiki, która jest rzadko stosowana w życiu codziennym, ponieważ nie obliczamy energii potrzebnej na przykład do podgrzania wody na herbatę. Jednak można zrozumieć, jak to działa na codziennym przykładzie.

Gdy gotujemy wodę, jej temperatura wzrasta stopniowo, aż osiągnie temperaturę wrzenia (100 ° C). W tym przypadku mówimy o entalpii ujemnej, ponieważ układ termodynamiczny musiał pobierać energię z otoczenia, aby podnieść swoją temperaturę.

Z drugiej strony, gdy ta sama woda trochę ostygnie po ugotowaniu, jej temperatura zacznie stopniowo spadać bez konieczności interwencji z zewnątrz. W tym przypadku jest to entalpia dodatnia, ponieważ energia jest uwalniana do środowiska.

Entalpia i entropia

Entropia to wielkość fizyczna, która mierzy ilość energii w systemie, która nie jest dostępna. Obliczając tę ​​wielkość, można poznać stopień nieporządku lub chaosu w strukturze systemu.

Zależność między entalpią a entropią określa równowaga układu. Przy niższej entalpii (wymiana energii) układ dąży do równowagi; ale jednocześnie wzrasta entropia, ponieważ istnieje większa możliwość chaosu w systemie.

Ze swojej strony minimalna entropia oznacza niższy poziom chaosu, a zatem wymiana energii (entalpia) będzie większa.