Entalpia: mikä se on, kaava, tyypit ja esimerkit

Mikä on Enthalpy?

Entalpia on lämmön määrä, jonka termodynaaminen järjestelmä vapauttaa tai absorboi ympäröivästä ympäristöstä, kun se on vakiona paineessa, termodynaamisen järjestelmän ollessa mikä tahansa esine.

Fysiikassa ja kemiassa entalpia on termodynaaminen suure, jonka mittayksikkö on Joules (J) ja jota edustaa kirjain H.

Entalpian laskentakaava on:

H = E + PV

missä:

• H on entalpia, E on termodynaamisen järjestelmän energia, P on termodynaamisen järjestelmän paine, V on tilavuus.

Tässä kaavassa paineen tulo kerrottuna tilavuudella (PV) on yhtä suuri kuin järjestelmään kohdistettu mekaaninen työ.

Siksi entalpia on yhtä suuri kuin termodynaamisen järjestelmän energia ja siihen kohdistettu mekaaninen työ.

Järjestelmän entalpiaa voidaan kuitenkin mitata vain silloin, kun tapahtuu energian muutos. Vaihtelu, jota edustaa merkki Δ, antaa uuden kaavan:

∆H = ∆E + P∆V

Tämä tarkoittaa, että entalpian (∆H) variaatio on yhtä suuri kuin energian muutos (∆E) plus järjestelmään kohdistettu mekaaninen työ (P∆V).

Entalpia on peräisin kreikkalaisesta enthálpō , mikä tarkoittaa lämmön lisäämistä tai lisäämistä. Termin loi ensimmäisen kerran hollantilainen fyysikko Heike Kamerlingh Onnes, joka voitti Nobelin fysiikan palkinnon vuonna 1913.

Entalpiatyypit

Entalpiatyyppejä on useita, riippuen käytetyistä aineista ja prosesseista. Kun prosessi sisältää energian vapautumisen, se on eksoterminen reaktio, kun taas energian sieppaaminen tarkoittaa, että se on endoterminen reaktio.

Edellä esitetyn perusteella entalpiat luokitellaan:

Muodostumisen entalpia

Se on energia, jota tarvitaan aineen moolin muodostamiseen sen muodostavista elementeistä. Muista, että mooli on aineen mittayksikkö, joka vastaa 6,023x10 ²³ atomia tai molekyylejä.

Eräs esimerkki muodostumisen entalpian on sitova happea (O) ja vetyä (H), jolloin muodostuu vettä (H ₂ O), jonka vaihtelu energian tai entalpia (AH) on 285820 kJ / mol.

Reaktion entalpia

Se on energia, joka vapauttaa kemiallisen reaktion jatkuvassa paineessa.

Esimerkki reaktion entalpiasta on metaanin (CH4) muodostuminen hiilen (C) ja vedyn (H) liitoksesta:

C + 2H ₂ → CH ₄

Katso myös Kemiallinen reaktio.

Liuoksen entalpia

Viittaa aineen vapauttaman tai absorboiman lämmön määrään vesiliuokseen liuotettuna.

Esimerkkinä liuosta entalpia on mitä tapahtuu liuottaa rikkihappoa (H ₂ SO ₄) vedessä (H ₂ O). Hapon vapauttama energiamäärä on niin suuri, että se on ratkaisu, jota on käytettävä tietyillä turvatoimenpiteillä.

Neutraloiva entalpia

Se on energia, joka vangitaan tai vapautetaan, kun happo ja emäs sekoitetaan, neutraloimalla toisiaan.

Esimerkki neutraloivasta entalpiasta on, kun sekoitamme etikkahappoa (CH2COOH) bikarbonaatin (NaHC03) kanssa.

Katso myös hapot ja emäkset.

Palamisen entalpia

Se on energia, joka vapautuu, kun yksi mooli orgaanista ainetta reagoi ilman hapen kanssa ja vapauttaa hiilidioksidia (CO _2).

Esimerkki palamis entalpiasta on propaanikaasun (C ₃ H ₈) tuottama, joka vapauttaa energiaa, jota käytetään kotitalouksien polttoaineena:

C ₃ H ₈ + 5 O ₂ → 3CO ₂ + 4H ₂ O

Vapauttaa 2,044 x 10 ³ kJ / mol

Entalpian variaatio (AH) = -2,044x10 ^ 3 KJ / mol

Katso myös Palaminen.

Hajoamis entalpia

Se on lämmön tai energian määrä, joka vapautuu, kun yksi mooli ainetta hajoaa yksinkertaisemmiksi elementeiksi.

Esimerkki hajoamis entalpiasta on, kun vetyperoksidi tai vetyperoksidi hajoaa muodostaen vettä ja happea:

2H ₂ O ₂ → 2H ₂ O + O ₂

96,5 KJ / mol vapautuu

Entalpian variaatio (AH) = 96,5 KJ / mol

Hajoamisen entalpia

Se viittaa lämmön tai energian määrään, jonka aine kerää tai vapauttaa, kun liuokseen lisätään enemmän vettä.

Esimerkki liukenemis entalpiasta on, kun lisäämme jauhemaista pesuainetta veteen.

Katso myös Kemiallinen liuos.

Vaiheenmuutos entalpia

Se viittaa energianvaihtoon, joka tapahtuu, kun elementti muuttaa tilaa (kiinteä, nestemäinen tai kaasumainen). Tässä mielessä meillä on:

• Fuusion entalpia: entalpian muutos siirtyessä kiinteästä nestemäiseksi . Sublimoituneen entalpian muutos: entalpian muutos kiinteästä kaasuksi. Haihtumis entalpia: kulku nesteestä kaasuun.

Esimerkki vaihemuutoksen entalpiasta on se, mitä tapahtuu vesisyklissä, koska siirtyessään nesteestä kaasumaiseen tai kiinteään tilaan (tai mihin tahansa sen mahdollisiin yhdistelmiin) vesi vapauttaa tai imee energiaa. Tässä tapauksessa energian muutos veden siirtyessä nesteestä kaasuksi 100 ° C: ssa on yhtä suuri kuin 40,66 KJ / mol.

Katso myös:

• Endoterminen reaktio.Eksoterminen reaktio.

Miksi entalpia on?

Entalpiaa käytetään mittaamaan tarkasti järjestelmässä tapahtuvat energian vaihtelut joko otettaessa tai vapauttamalla energiaa ympäristöön.

Entalpia on monimutkainen termodynamiikan käsite, jota ei yleensä käytetä jokapäiväisessä elämässä, koska emme laske laskiessaan esimerkiksi veden lämmittämiseen tarvittavaa energiaa. On kuitenkin mahdollista ymmärtää, kuinka se toimii jokapäiväisen esimerkin avulla.

Kun keitämme vettä, sen lämpötila nousee vähitellen, kunnes se saavuttaa kiehumispisteen (100 ° C). Tässä tapauksessa puhutaan negatiivisesta entalpiasta, koska termodynaamisen järjestelmän piti ottaa energiaa ympäristöstä lämpötilan nostamiseksi.

Toisaalta, kun annamme saman veden jäähtyä hiukan keittämisen jälkeen, sen lämpötila alkaa laskea asteittain ilman ulkoista väliintuloa. Tässä tapauksessa se on positiivinen entalpia, koska energiaa vapautuu ympäristöön.

Entalpia ja entropia

Entropia on fyysinen määrä, joka mittaa energian määrää järjestelmässä, jota ei ole käytettävissä. Laskemalla tämä suuruus on mahdollista tietää häiriön tai kaaoksen aste järjestelmän rakenteessa.

Entalpian ja entropian välinen suhde saadaan järjestelmän tasapainosta. Vähemmän entalpiassa (energianvaihto) järjestelmä pyrkii tasapainotilaan; mutta samalla entropia kasvaa, koska järjestelmässä on suurempi kaaoksen mahdollisuus.

Minimi entropia merkitsee alhaisempaa kaaoksen tasoa ja siksi energianvaihto (entalpia) on suurempi.