Mi az entalpia?

Az entalpia az a hőmennyiség, amelyet egy termodinamikai rendszer felszabadít vagy abszorbeál a körülvevő környezetből, amikor állandó nyomáson van, a termodinamikai rendszer megértve bármilyen tárgyat.

képlet

A fizikában és a kémiában az entalpia egy termodinamikus mennyiség, amelynek mértékegysége a Joule (J) és H betű képviseli.

Az entalpia kiszámításának képlete a következő:

  • H az entalpia.
  • E a termodinamikai rendszer energiája.
  • P a termodinamikai rendszer nyomása.
  • V a térfogat.

Ebben a képletben a nyomás és a térfogat (PV) szorzatának szorzata megegyezik a rendszerre alkalmazott mechanikai munkával.

Ezért, az entalpia megegyezik a termodinamikai rendszer energiájával és a rá alkalmazott mechanikai munkával.

A rendszer entalpia azonban csak abban a pillanatban mérhető, amikor egy energiaváltozás bekövetkezik. A Δ előjelű variáció új képletet eredményez:

Ez azt jelenti, hogy az entalpia változása (∆H) egyenlő az energia változásával (∆E) plusz a rendszerre alkalmazott mechanikai munkával (P∆V).

Az entalpia a görög enthálpō-ból származik, ami azt jelenti, hogy hőt adunk hozzá. A kifejezést először Heike Kamerlingh Onnes holland fizikus találta ki, aki 1913-ban elnyerte a fizikai Nobel-díjat.

Az entalpia típusai

Az érintett anyagoktól és folyamatoktól függően az entalpia többféle lehet. Amikor a folyamat magában foglalja az energia felszabadulását, ez exoterm reakció, míg az energia megkötése azt jelenti, hogy ez endoterm reakció.

A fentiek alapján az entalpia a következő kategóriába tartozik:

Formáció entalpia

Az az energia szükséges, amely egy anyag móljának kialakításához szükséges az azt alkotó elemekből. Ne feledje, hogy a mól az anyag mértékegysége egyenértékű 6,023x10 23 atomdal vagy molekulával.

Példa a kialakulás entalpiájára az oxigén (O) és a hidrogén (H) egyesülése a víz (H2O) képződéséhez, amelynek energiája vagy entalpiája (ΔH) -285,820 KJ/mol.

A reakció entalpiaja

A kémiai reakcióval állandó nyomás alatt felszabaduló energia.

A reakció entalpia példája a metán (CH4) képződése a szén (C) és a hidrogén (H) egyesüléséből:

Megoldási entalpia

Arra vonatkozik, hogy az anyag vizes oldatban oldva hány anyagot visz át vagy vesz fel.

Példa az oldat entalpiájára Ez történik akkor, amikor a kénsavat (H2SO4) vízben (H2O) oldják. A sav által felszabadított energia mennyisége olyan magas, hogy ez egy megoldás, amelyet bizonyos biztonsági intézkedések mellett kell használni.

A semlegesítés entalpiája

Ez az az energia, amelyet megragad vagy felszabadít, ha egy savat és egy bázist összekeverünk és semlegesítünk.

Példa a semlegesítés entalpiájára amikor ecetsavat (CH₃COOH) keverünk hidrogén-karbonáttal (NaHCO mix).

Az égés entalpiája

Ez az az energia, amely akkor szabadul fel, amikor egy mól szerves anyag reagál a levegőben lévő oxigénnel és szén-dioxidot (CO2) bocsát ki.

Példa az égési entalpiára a propángáz (C3H8) által termelt energia, amely háztartási üzemanyagként felhasznált energiát szabadít fel:

2044 x 10 3 KJ/mol felszabadul

Az entalpia változás (ΔH) = -2,044x10 ^ 3 KJ/mol

Bomlási entalpia

Az a hő- vagy energiamennyiség, amely felszabadul, ha egy mól anyag egyszerűbb elemekre bomlik.

Példa a bomlás entalpiájára amikor a hidrogén-peroxid vagy a hidrogén-peroxid bomlik víz és oxigén képződésére:

96,5KJ/mol szabadul fel

Az entalpia változás (ΔH) = 96,5KJ/mol

Oldódási entalpia

Arra a hő- vagy energiamennyiségre vonatkozik, amelyet egy anyag megragad vagy felad, ha több vizet adunk az oldathoz.

Példa az oldódás entalpiájára amikor porított mosószert adunk a vízhez.

Fázisváltozási entalpia

Arra az energiacserére utal, amely akkor fordul elő, amikor egy elem állapotát megváltoztatja (szilárd, folyékony vagy gáz). Ebben az értelemben:

  • Fúziós entalpia: az entalpia változása a szilárd állapotból a folyékony állapotba történő átmenetkor
  • A szublimáció entalpiája: az entalpia változása a szilárdból a gázba történő átmenetkor.
  • Párolgási entalpia: átmenet a folyadékról a gázra.

Példa a fázisváltozás entalpiájára Ez történik a víz körforgásában, mivel amikor folyadékból gáznemű vagy szilárd állapotba (vagy bármely lehetséges kombinációjukba) kerül, a víz felszabadítja vagy elnyeli az energiát. Ebben az esetben az energia változása a víz folyadékból gázba történő átmeneténél 100 ° C-on 40,66 KJ/mol.

Mi az entalpia

Az entalpia segítségével pontosan mérhetők a rendszerben előforduló energiaváltozások, akár energia felvételekor, akár a környezetbe juttatva.

Az entalpia a termodinamika összetett fogalma, amelyet ritkán alkalmaznak a mindennapi életben, mivel például a tea vízének melegítéséhez szükséges energiát nem számoljuk ki. A mindennapi példával azonban meg lehet érteni, hogyan működik.

Amikor vizet forralunk, hőmérséklete fokozatosan emelkedik, amíg el nem éri a forráspontot (100 ° C). Ebben az esetben negatív entalpiáról beszélünk, mivel a termodinamikai rendszernek energiát kellett vennie a környezetből annak hőmérsékletének növelése érdekében.

Másrészt, amikor hagyjuk, hogy ugyanaz a víz kissé lehűljön forralás után, hőmérséklete fokozatosan csökkenni kezd, külső beavatkozás nélkül. Ebben az esetben pozitív entalpia, mivel az energia felszabadul a környezetbe.

Enthalpia és entrópia

Az entrópia olyan fizikai mennyiség, amely a rendelkezésre álló energiamennyiséget méri egy rendszerben. Ennek a nagyságrendnek a kiszámításával megismerhető a rendellenesség vagy a káosz mértéke a rendszer felépítésében.

Az entalpia és az entrópia kapcsolatát a rendszer egyensúlya adja. Alsó entalpia (energiacsere) esetén a rendszer hajlamos az egyensúlyra; de ugyanakkor az entrópia növekszik, mivel nagyobb a káosz lehetősége a rendszerben.

Másrészt a minimális entrópia alacsonyabb szintű káoszt jelent, és ezért az energiacsere (entalpia) nagyobb lesz.