Энтальпия: что это такое, формулы, виды и примеры

Что такое энтальпия?

Энтальпия - это количество тепла, которое термодинамическая система выделяет или поглощает из окружающей среды, когда она находится под постоянным давлением, понимая термодинамической системой любой объект.

В физике и химии энтальпия термодинамическая величина, единица измерения которой - джоули (Дж) и обозначается буквой H.

Формула для расчета энтальпии:

H = E + PV

Где:

• H - энтальпия.
• E - энергия термодинамической системы.
• P - давление термодинамической системы.
• V - объем.

В этой формуле произведение давления на объем (PV) равно механической работе, приложенной к системе.

Следовательно, энтальпия равна энергии термодинамической системы плюс приложенная к ней механическая работа.

Однако энтальпию системы можно измерить только в момент изменения энергии. Вариация, обозначенная знаком Δ, порождает новую формулу:

∆H = ∆E + P∆V

Это означает, что изменение энтальпии (∆H) равно изменению энергии (∆E) плюс механическая работа, приложенная к системе (P∆V).

Энтальпия происходит от греческого Enthálpō, что означает добавить или добавить тепла. Этот термин впервые был введен голландским физиком Хайке Камерлинг-Оннес, лауреатом Нобелевской премии по физике в 1913 году.

Типы энтальпии

Есть несколько типов энтальпии в зависимости от используемых веществ и процессов. Когда процесс включает выделение энергии, это экзотермическая реакция, в то время как захват энергии означает, что это эндотермическая реакция.

Исходя из вышеизложенного, энтальпии подразделяются на:

Энтальпия образования

Это энергия, которая требуется для образования моля вещества из составляющих его элементов. Напомним, что моль - это единица измерения вещества, эквивалентная 6.023x10.²³ атомы или молекулы.

Пример энтальпии образования представляет собой соединение кислорода (O) и водорода (H) с образованием воды (H₂O), чья энергия или изменение энтальпии (ΔH) составляет -285 820 кДж / моль.

Энтальпия реакции

Это энергия, выделяемая в результате химической реакции при постоянном давлении.

Пример энтальпии реакции представляет собой образование метана (CH4) из союза углерода (C) и водорода (H):

C + 2H₂ → CH₄

См. Также Химическая реакция.

Энтальпия раствора

Это количество тепла, отдаваемого или поглощаемого веществом при растворении в водном растворе.

Пример энтальпии раствора что происходит при растворении серной кислоты (H₂ЮЗ₄) в воде (H₂ИЛИ ЖЕ). Количество энергии, выделяемой кислотой, настолько велико, что это раствор, который необходимо использовать с определенными мерами безопасности.

Энтальпия нейтрализации

Это энергия, которая улавливается или высвобождается, когда кислота и основание смешиваются, нейтрализуя друг друга.

Пример энтальпии нейтрализации это когда мы смешиваем уксусную кислоту (CH₃COOH) с бикарбонатом (NaHCO₃).

См. Также Кислоты и основания.

Энтальпия горения

Это энергия, выделяемая, когда один моль органического вещества реагирует с кислородом в воздухе и выделяет углекислый газ (CO_2).

Пример энтальпии сгорания генерируется пропаном (C₃ЧАС₈), которая высвобождает энергию, которая используется в качестве бытового топлива:

C₃ЧАС₈ + 5 O₂ → 3CO₂+ 4H₂ИЛИ ЖЕ

Бесплатно 2,044 x 10³ КДж / моль

Изменение энтальпии (ΔH) = -2.044x10 3 кДж / моль.

См. Также Горение.

Энтальпия распада

Это количество тепла или энергии, которое выделяется, когда моль вещества разлагается на более простые элементы.

Пример энтальпии разложения когда перекись водорода или перекись водорода разлагается с образованием воды и кислорода:

2H₂ИЛИ ЖЕ₂→ 2H₂О + О₂

96,5 кДж / моль выделяются

Изменение энтальпии (ΔH) = 96,5 кДж / моль.

Энтальпия растворения

Это относится к количеству тепла или энергии, которое вещество улавливает или отдает, когда в раствор добавляется больше воды.

Пример энтальпии растворения Это когда мы добавляем в воду порошковое моющее средство.

См. Также Химический раствор.

Энтальпия фазового перехода

Это относится к обмену энергией, который происходит, когда элемент меняет состояние (твердое, жидкое или газообразное). В этом смысле мы имеем:

• Энтальпия плавления: изменение энтальпии при переходе из твердого состояния в жидкое.
• Энтальпия сублимации: изменение энтальпии при переходе от твердого тела к газу.
• Энтальпия испарения: переход от жидкости к газу.

Пример энтальпии фазового перехода Это то, что происходит в круговороте воды, поскольку при переходе из жидкого в газообразное или твердое состояние (или в любую из их возможных комбинаций) вода выделяет или поглощает энергию. В этом случае изменение энергии при переходе воды из жидкости в газ при 100 ° C равно 40,66 кДж / моль.

Смотрите также:

• Эндотермическая реакция.
• Экзотермическая реакция.

Для чего нужна энтальпия

Энтальпия используется для точного измерения изменений энергии, которые происходят в системе, либо во время приема энергии в окружающую среду, либо во время ее передачи.

Энтальпия - это сложное понятие термодинамики, которое редко используется в повседневной жизни, поскольку мы не рассчитываем, например, энергию, необходимую для нагрева воды для чая. Однако понять, как это работает, можно на повседневном примере.

Когда мы кипятим воду, ее температура постепенно повышается, пока не достигнет точки кипения (100 ° C). В данном случае речь идет об отрицательной энтальпии, поскольку термодинамическая система должна была забирать энергию из окружающей среды, чтобы повысить ее температуру.

С другой стороны, когда мы даем той же самой воде немного остыть после кипячения, ее температура начинает постепенно падать без необходимости внешнего вмешательства. В данном случае это положительная энтальпия, поскольку энергия выделяется в окружающую среду.

Энтальпия и энтропия

Энтропия - это физическая величина, которая измеряет количество энергии в системе, которая недоступна. Вычислив эту величину, можно узнать степень беспорядка или хаоса в структуре системы.

Связь между энтальпией и энтропией определяется равновесием системы. При более низкой энтальпии (энергообмен) система стремится к равновесию; но в то же время увеличивается энтропия, поскольку в системе больше вероятность хаоса.

Со своей стороны, минимальная энтропия подразумевает более низкий уровень хаоса и, следовательно, энергообмен (энтальпия) будет больше.