Entalpija: kaj je to, formula, vrste in primeri

Kaj je entalpija?

Entalpija je količina toplote, ki jo termodinamični sistem sprosti ali absorbira iz okolice, kadar je pod stalnim pritiskom, termodinamični sistem pa je kateri koli predmet.

V fiziki in kemiji je entalpija termodinamična količina, katere merska enota je Joules (J) in je predstavljena s črko H.

Formula za izračun entalpije je:

H = E + PV

Kje:

• H je entalpija, E je energija termodinamičnega sistema, P je tlak termodinamičnega sistema, V je volumen.

V tej formuli je produkt tlaka, pomnoženega z volumnom (PV), enak mehanskemu delu, ki ga izvajamo v sistemu.

Zato je entalpija enaka energiji termodinamičnega sistema in mehanskemu delu, ki se nanjo nanaša.

Entalpijo sistema pa lahko izmerimo le v trenutku, ko pride do spremembe energije. Sprememba, ki jo predstavlja znak Δ, povzroča novo formulo:

∆H = ∆E + P∆V

To pomeni, da je variacija entalpije (∆H) enaka variaciji energije (∆E) in mehanskemu delu, ki se nanaša na sistem (P∆V).

Entalpija izvira iz grškega enthálpō , kar pomeni dodajanje ali dodajanje toplote. Izraz je prvič uvedel nizozemski fizik Heike Kamerlingh Onnes, dobitnik Nobelove nagrade za fiziko leta 1913.

Vrste entalpije

Glede na vpletene snovi in ​​procese obstaja več vrst entalpije. Kadar postopek vključuje sproščanje energije, gre za eksotermično reakcijo, medtem ko zajem energije pomeni, da gre za endotermično reakcijo.

Na podlagi zgoraj navedenega se entalpije razvrstijo v:

Entalpija tvorbe

Energija je tista, ki je potrebna za tvorbo mola snovi iz elementov, ki jo sestavljajo. Spomnimo se, da je mol ena merska enota, enakovredna 6.023x10 ²³ atomov ali molekul.

Primer tvorbe entalpije je vezavo kisika (O) in vodik (H), da se tvori voda (H ₂ O), katerih sprememba energije ali entalpije (AH) je 285.820 KJ / mol.

Reakcijska entalpija

Energija sprosti kemično reakcijo pod stalnim pritiskom.

Primer reakcijske entalpije je tvorba metana (CH4) iz zveze ogljika (C) in vodika (H):

C + 2H ₂ → CH ₄

Glej tudi Kemijska reakcija.

Entalpija raztopine

Nanaša se na količino toplote, ki jo snov sprosti ali absorbira ob raztapljanju v vodni raztopini.

Primer entalpije raztopine je, kaj se zgodi pri raztapljanju žveplove kisline (H ₂ SO ₄) v vodi (H ₂ O). Količina energije, ki jo sprošča kislina, je tako velika, da gre za rešitev, ki jo je treba uporabiti z določenimi varnostnimi ukrepi.

Nevtraliziranje entalpije

To je energija, ki se zajame ali sprosti, ko se mešata kislina in baza, ki drug drugega nevtralizirata.

Primer entalpije nevtralizacije je, kadar ocetno kislino (CH₃COOH) mešamo z bikarbonatom (NaHCO₃).

Glej tudi kisline in baze.

Entalpija zgorevanja

To je energija, ki se sprosti, ko en mol organske snovi reagira s kisikom v zraku in sprosti ogljikov dioksid (CO _2).

Primer entalpije zgorevanja je tista, ki jo ustvarja propanski plin (C ₃ H ₈), ki sprošča energijo, ki se uporablja kot domače gorivo:

C ₃ H ₈ + 5 O ₂ → 3CO ₂ + 4H ₂ O

Sprošča 2.044 x 10 ³ KJ / mol

Odstopanje entalpije (ΔH) = -2.044x10 ^ 3 KJ / mol

Glej tudi zgorevanje.

Entalpija razgradnje

To je količina toplote ali energije, ki se sprosti, ko se en mol snovi razgradi na enostavnejše elemente.

Primer entalpije razgradnje je, ko se vodikov peroksid ali vodikov peroksid razkroji, da tvorita vodo in kisik:

2H ₂ O ₂ → 2H ₂ O + O ₂

Sprosti se 96,5KJ / mol

Sprememba entalpije (ΔH) = 96,5KJ / mol

Entalpija raztapljanja

Nanaša se na količino toplote ali energije, ki jo snov zajame ali sprosti, ko v raztopino dodamo več vode.

Primer entalpije pri raztapljanju je, ko v vodo dodamo detergent v prahu.

Glej tudi Kemična raztopina.

Entalpija fazne spremembe

Nanaša se na izmenjavo energije, ki nastane, ko element spremeni stanje (trdno, tekoče ali plinasto). V tem smislu imamo:

• Entalpija fuzije: sprememba entalpije pri prehodu iz trdne v tekočo Entalpija sublimacije: sprememba entalpije pri prehodu iz trdne v plinsko. Entalpija izhlapevanja: prehod iz tekočine v plin.

Primer entalpije fazne spremembe je tisto, kar se zgodi v vodnem ciklu, saj voda pri prehodu iz tekočega v plinasto ali trdno stanje (ali katero od njegovih možnih kombinacij) sprosti ali absorbira energijo. V tem primeru je sprememba energije pri prehodu vode iz tekočine v plin pri 100 ° C enaka 40,66 KJ / mol.

Glej tudi:

• Endotermična reakcija. Eksotermična reakcija.

Za kaj je entalpija?

Entalpija se uporablja za natančno merjenje sprememb energije, ki se pojavijo v sistemu, bodisi pri odvajanju ali sproščanju energije v okolje.

Entalpija je kompleksen koncept termodinamike, ki ga običajno ne uporabljamo v vsakdanjem življenju, saj na primer ne izračunamo energije, potrebne za ogrevanje vode za čaj. Vendar je mogoče razumeti, kako deluje z vsakodnevnim primerom.

Ko zavremo vodo, se njena temperatura postopoma dviguje, dokler ne doseže vrelišča (100 ° C). V tem primeru govorimo o negativni entalpiji, saj je moral termodinamični sistem energijo vzeti iz okolja, da bi zvišal svojo temperaturo.

Po drugi strani pa, ko se ista voda, ko zavre, nekoliko ohladi, začne njena temperatura postopoma padati, ne da bi pri tem potrebovali zunanje posredovanje. V tem primeru gre za pozitivno entalpijo, saj se energija sprošča v okolje.

Entalpija in entropija

Entropija je fizikalna količina, ki meri količino energije v sistemu, ki ni na voljo. Z izračunom te velikosti je mogoče vedeti stopnjo motnje ali kaosa v strukturi sistema.

Razmerje med entalpijo in entropijo daje ravnotežje sistema. Pri manj enttalpiji (izmenjava energije) je sistem nagnjen k ravnotežju; hkrati pa se povečuje entropija, saj obstaja večja možnost kaosa v sistemu.

Kar zadeva minimalno entropijo, pomeni nižjo raven kaosa, zato bo izmenjava energije (entalpija) večja.