Co to jest entalpia?
Entalpia to ilość ciepła, którą układ termodynamiczny uwalnia lub absorbuje z otoczenia przy stałym ciśnieniu, gdzie układ termodynamiczny oznacza dowolny obiekt.
W fizyce i chemii entalpia jest wielkością termodynamiczną, której jednostką miary jest dżul (J) i jest reprezentowana przez literę H.
Wzór na obliczenie entalpii jest następujący:
H = E +PV
Gdzie:
- H to entalpia.
- E jest energią układu termodynamicznego.
P jest ciśnieniem układu termodynamicznego.
(tixagag_4) V jest objętością.
W tym wzorze iloczyn ciśnienia i objętości (PV) jest równy pracy mechanicznej wykonanej w systemie.
Dlatego entalpia jest równa energii układu termodynamicznego plus praca mechaniczna, która jest do niego przyłożona.
Jednak entalpię układu można zmierzyć tylko w momencie, kiedy następuje zmiana energii. Zmiana ta, przedstawiona za pomocą znaku Δ, prowadzi do powstania nowej formuły:
∆H = ∆E + P∆V
Oznacza to, że zmiana entalpii (∆H) jest równa zmianie energii (∆E) plus praca mechaniczna wykonana w systemie (P∆V).
Entalpia pochodzi od greckiego enthálpō , co oznacza dodawać lub dodawać ciepła. Termin ten został po raz pierwszy ukuty przez holenderską fizyczkę Heike Kamerlingh Onnes, laureatkę Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki w 1913 roku.
(tixagag_6) Rodzaje entalpii
Istnieje kilka rodzajów entalpii w zależności od substancji i procesów. Jeśli proces obejmuje uwalnianie energii, to jest to reakcja egzotermiczna, podczas gdy pobieranie energii oznacza, że jest to reakcja endotermiczna.
W zależności od powyższego, entalpie dzielą się na:
Entalpia tworzenia
Jest to energia potrzebna do utworzenia jednego mola substancji z pierwiastków, które ją tworzą. Proszę sobie przypomnieć, że mol jest jednostką miary substancji, która odpowiada 6,023×1023 atomom lub cząsteczkom.
Przykładem entalpii tworzenia jest połączenie tlenu (O) i wodoru (H) w celu utworzenia wody (H2O), której zmiana energii lub entalpii (ΔH) wynosi -285,820 KJmol.
(tixagag_7) Entalpia reakcji
Energia uwolniona podczas reakcji chemicznej pod stałym ciśnieniem.
Przykładem entalpii reakcji jest powstawanie metanu (CH4) z wiązania węgla (C) i wodoru (H):
C +2H2 →CH4
Patrz również Reakcja chemiczna.
Entalpia roztworu
Odnosi się do ilości ciepła oddanego lub pochłoniętego przez substancję, gdy rozpuszcza się ona w roztworze wodnym.
Przykładem entalpii roztworu jest to, co dzieje się podczas rozpuszczania kwasu siarkowego (H2SO4) w wodzie (H2O). Ilość energii uwalnianej przez kwas jest tak duża, że jest to rozwiązanie, które musi być stosowane z zachowaniem pewnych środków ostrożności.
Entalpia neutralizacji
Energia, która jest przechwytywana lub uwalniana, gdy kwas i zasada są mieszane i neutralizowane.
Przykładem entalpii neutralizacji jest sytuacja, w której mieszamy kwas octowy (CH₃COOH) z wodorowęglanem (NaHCO₃).
Patrz również Kwasy i zasady.
Entalpia spalania
Energia uwalniana, gdy jeden mol substancji organicznej reaguje z tlenem w powietrzu i uwalnia dwutlenek węgla (CO2).
Przykładem entalpii spalania jest entalpia wytworzona przez gaz propan (C3H8), który uwalnia energię, która jest wykorzystywana jako paliwo domowe:
C3H8 + 5 O2 → 3CO2+ 4H2O
Uwalnia 2,044 x 103 KJmol
Zmiana entalpii (ΔH) = -2.044×10^3 KJmol
Patrz również Spalanie.
Entalpia rozkładu
Ilość ciepła lub energii, która uwalnia się, gdy jeden mol substancji zostaje rozłożony na prostsze elementy.
Przykładem entalpii rozkładu jest sytuacja, w której nadtlenek wodoru lub nadtlenek wodoru rozkłada się tworząc wodę i tlen:
2H2O2→ 2H2O + O2
96,5KJmol jest uwalniane
Zmiana entalpii (ΔH) = 96,5KJmol
Entalpia rozpuszczania
Odnosi się do ilości ciepła lub energii pobranej lub oddanej przez substancję, gdy do roztworu dodana zostanie większa ilość wody.
Przykładem entalpii rozpuszczania jest sytuacja, w której dodajemy do wody sproszkowany detergent.
Patrz również roztwór chemiczny.
Entalpia przemiany fazowej
Odnosi się do wymiany energii, która zachodzi, gdy element zmienia stan (stały, ciekły lub gazowy). W tym sensie mamy:
-
(tixagag_4) Entalpia fuzji : zmiana entalpii przy przejściu ze stanu stałego do ciekłego
Entalpia sublimacji : zmiana entalpii przy przejściu z ciała stałego do gazu.
Entalpia parowania : przejście z cieczy do gazu.
Przykładem entalpii przemiany fazowej jest to, co dzieje się w cyklu wodnym, ponieważ kiedy woda przechodzi ze stanu ciekłego w gazowy lub stały (lub w każdą z możliwych kombinacji), uwalnia lub pochłania energię. W tym przypadku zmiana energii przy przejściu wody z cieczy do gazu w temperaturze 100°C jest równa 40,66 KJmol.
Patrz również:
- Reakcja endotermiczna.
- Reakcja egzotermiczna.
Czym jest entalpia dla
Entalpia służy do dokładnego pomiaru zmian energii, które zachodzą w systemie, zarówno przy pobieraniu, jak i oddawaniu energii do otoczenia.
Entalpia jest złożonym pojęciem w termodynamice, które nie jest często używane w życiu codziennym, ponieważ nie obliczamy energii potrzebnej do podgrzania np. wody na herbatę. Można jednak zrozumieć, jak to działa na codziennym przykładzie.
Kiedy gotujemy wodę, jej temperatura stopniowo wzrasta, aż osiągnie punkt wrzenia (100°C). W tym przypadku mówimy o ujemnej entalpii, ponieważ układ termodynamiczny musiał pobrać energię z otoczenia, aby zwiększyć swoją temperaturę.
Z drugiej strony, gdy pozwolimy tej samej wodzie po zagotowaniu trochę ostygnąć, jej temperatura zaczyna stopniowo spadać bez konieczności interwencji z zewnątrz. W tym przypadku jest to dodatnia entalpia, ponieważ energia jest uwalniana do środowiska.
Entalpia i entropia
Entropia jest wielkością fizyczną, która mierzy ilość energii w systemie, która nie jest dostępna. Poprzez obliczenie tej wielkości można poznać stopień nieuporządkowania lub chaosu w strukturze systemu.
Związek pomiędzy entalpią i entropią jest określony przez równowagę systemu. Im niższa jest entalpia (wymiana energii), tym bardziej system dąży do równowagi; ale jednocześnie wzrasta entropia, ponieważ istnieje większa możliwość chaosu w systemie.
Z drugiej strony, minimalna entropia oznacza niższy poziom chaosu i dlatego wymiana energii (entalpia) będzie wyższa.
