Entalpia: mis see on, valem, tüübid ja näited

Mis on entalpia?

Entalpia on soojushulk, mille termodünaamiline süsteem vabastab või neelab ümbritsevast keskkonnast, kui see on pideval rõhul, mõistes termodünaamilise süsteemi abil mis tahes objekti.

Füüsikas ja keemias entalpia on termodünaamiline suurus, mille mõõtühik on džaul (J) ja seda tähistab täht H.

Entalpia arvutamise valem on:

H = E + PV

Kus:

• H on entalpia.
• E on termodünaamilise süsteemi energia.
• P on termodünaamilise süsteemi rõhk.
• V on maht.

Selles valemis võrdub rõhu korrutis mahu (PV) korrutisega mehaanilise tööga, mida süsteemile rakendatakse.

Seetõttu entalpia on võrdne termodünaamilise süsteemi energia pluss sellele rakendatud mehaanilise tööga.

Süsteemi entalpiat saab aga mõõta alles energia muutumise hetkel. Variatsioon, mida tähistab märk Δ, annab uue valemi:

∆H = ∆E + P∆V

See tähendab, et entalpia muutus (∆H) võrdub energia muutusega (∆E) pluss süsteemile rakendatud mehaanilise tööga (P∆V).

Entalpia pärineb kreeka keelest enthálpō, mis tähendab soojuse lisamist või lisamist. Selle termini võttis esimest korda kasutusele Hollandi füüsik Heike Kamerlingh Onnes, Nobeli füüsikaauhinna võitja 1913. aastal.

Entalpiatüübid

Sõltuvalt kaasatud ainetest ja protsessidest on mitut tüüpi entalpiat. Kui protsess hõlmab energia vabanemist, on see eksotermiline reaktsioon, samas kui energia püüdmine tähendab, et see on endotermiline reaktsioon.

Eeltoodu põhjal klassifitseeritakse entalpiad:

Formatsiooni entalpia

See on energia, mis on vajalik aine mooli moodustamiseks selle moodustavatest elementidest. Tuletame meelde, et mool on aine mõõtühik, mis on võrdne 6,023x10²³ aatomid või molekulid.

Näide moodustumise entalpiast on hapniku (O) ja vesiniku (H) liitumine vee (H₂O), mille energia või entalpia variatsioon (ΔH) on -285 820 KJ / mol.

Reaktsiooni entalpia

See on pideva rõhu all keemilise reaktsiooni käigus eralduv energia.

Näide reaktsiooni entalpiast on metaani (CH4) moodustumine süsiniku (C) ja vesiniku (H) liitumisel:

C + 2H₂ → CH₄

Vt ka Keemiline reaktsioon.

Lahuse entalpia

See viitab aine loovutatud või neeldunud soojuse kogusele, kui see lahustub vesilahuses.

Näide lahuse entalpiast on see, mis juhtub väävelhappe (H₂SW₄) vees (H₂VÕI). Happest eralduv energiakogus on nii suur, et see on lahendus, mida tuleb kasutada teatavate ohutusmeetmetega.

Neutraliseerimise entalpia

See on energia, mis on happe ja aluse segunemisel kinni haaratud või vabastatud, neutraliseerides üksteist.

Näide neutraliseerimise entalpiast see on siis, kui segame äädikhapet (CH₃COOH) vesinikkarbonaadiga (NaHCO₃).

Vt ka happed ja alused.

Põlemise entalpia

See on energia, mis eraldub, kui üks mool orgaanilist ainet reageerib õhus oleva hapnikuga ja eraldab süsinikdioksiidi (CO_2).

Näide põlemisentalpiast on propaangaasi (C₃H₈), mis vabastab energiat, mida kasutatakse kodumajapidamises kasutatava kütusena:

C₃H₈ + 5 O₂ → 3CO₂+ 4H₂VÕI

Tasuta 2044 x 10³ KJ / mol

Entalpia muutus (ΔH) = -2,044x10 3 KJ / mol

Vt ka põlemine.

Lagunemise entalpia

See on soojuse või energia hulk, mis eraldub, kui aine mool laguneb lihtsamateks elementideks.

Näide lagunemise entalpiast on siis, kui vesinikperoksiid või vesinikperoksiid lagunevad, moodustades vee ja hapniku:

2H₂VÕI₂→ 2H₂O + O₂

Vabaneb 96,5KJ / mol

Entalpia muutus (ΔH) = 96,5KJ / mol

Lahustumise entalpia

See viitab soojuse või energia hulgale, mida aine tabab või loobub, kui lahusele lisatakse rohkem vett.

Näide lahustumise entalpiast See on siis, kui lisame vette pulbrilist detergenti.

Vt ka Keemiline lahus.

Faasimuutuse entalpia

See viitab energiavahetusele, mis toimub elemendi oleku (tahke, vedel või gaasiline) muutmisel. Selles mõttes on meil:

• Fusioonne entalpia: entalpia muutus tahkelt vedelale olekule üleminekul
• Sublimatsiooni entalpia: entalpia muutus tahkelt gaasile üleminekul.
• Aurustumise entalpia: liikumine vedelast gaasiks.

Näide faasimuutuse entalpiast Nii juhtub veeringes, sest vedelikust gaasilisse või tahkesse olekusse (või nende mis tahes võimalikesse kombinatsioonidesse) minnes eraldab või neelab vesi energiat. Sellisel juhul võrdub energia muutus vedelikul gaasiks üleminekul temperatuuril 100 ° C 40,66 KJ / mol.

Vaata ka:

• Endotermiline reaktsioon.
• Eksotermiline reaktsioon.

Milleks on entalpia

Entiaalpiat kasutatakse süsteemis esinevate energiavariatsioonide täpseks mõõtmiseks kas siis, kui võetakse energiat või suunatakse keskkonda.

Entalpia on termodünaamikas keeruline mõiste, mida igapäevaelus kasutatakse harva, kuna me ei arvuta näiteks tee jaoks vajaliku vee soojendamiseks vajalikku energiat. Igapäevase näitega on aga võimalik aru saada, kuidas see toimib.

Vee keetmisel tõuseb selle temperatuur järk-järgult keemiseni (100 ° C). Sel juhul räägime negatiivsest entalpiast, kuna termodünaamiline süsteem pidi temperatuuri tõstmiseks võtma keskkonnast energiat.

Teiselt poolt, kui laseme sellel keedetud veel veidi jahtuda, hakkab selle temperatuur järk-järgult langema ilma välise sekkumiseta. Sel juhul on tegemist positiivse entalpiaga, kuna energiat eraldub keskkonda.

Entalpia ja entroopia

Entroopia on füüsikaline suurus, mis mõõdab energiahulka süsteemis, mis pole saadaval. Selle suuruse arvutamisel on võimalik teada saada süsteemi struktuuri häire või kaose astet.

Entalpia ja entroopia suhe annab süsteemi tasakaal. Madalama entalpia (energiavahetus) korral kipub süsteem tasakaalu saavutama; ent samal ajal suureneb entroopia, kuna süsteemis on suurem kaose võimalus.

Minimaalne entroopia tähendab omalt poolt kaose madalamat taset ja seetõttu on energiavahetus (entalpia) suurem.