Opredelitev entalpije v kemiji in fiziki

Entalpija v motorju z notranjim zgorevanjem se izračuna kot notranja energija plus tlak, pomnožen z prostornino.

kithanet / Getty Images

Entalpija je termodinamična lastnost sistema. Je vsota notranje energije, dodane produktu tlaka in prostornine sistema. Odraža sposobnost opravljanja nemehanskega dela in sposobnost sproščanja toplota .

Entalpija je označena kot H ; specifična entalpija označena kot h . Običajne enote, ki se uporabljajo za izražanje entalpije, so joule, kalorija ali BTU (britanska toplotna enota). Entalpija v procesu dušenja je konstantna.

Sprememba entalpije se izračuna namesto entalpije, delno zato, ker celotne entalpije sistema ni mogoče izmeriti, ker je nemogoče poznati ničelno točko. Vendar pa je mogoče izmeriti razliko v entalpiji med enim in drugim stanjem. Spremembo entalpije je mogoče izračunati v pogojih konstantnega tlaka.

En primer je gasilec, ki je na lestvi, vendar mu je dim zakril pogled na tla. Ne vidi, koliko prečk je pod njim do tal, lahko pa vidi, da so tri prečke do okna, kjer je treba rešiti osebo. Na enak način skupne entalpije ni mogoče izmeriti, lahko pa spremembo entalpije (tri stopnice).

Entalpijske formule

H = E + PV

kjer je H entalpija, E je notranja energija sistema, P je tlak in V je prostornina

d H = T d S + P d IN

Kakšen je pomen entalpije?

• Merjenje spremembe entalpije nam omogoča, da ugotovimo, ali je bila reakcija endotermna (absorbirana toplota, pozitivna sprememba entalpije) ali eksotermna (sproščena toplota, negativna sprememba entalpije.)
• Uporablja se za izračun reakcijske toplote kemijskega procesa.
• Sprememba entalpije se uporablja za merjenje toplotnega toka kalorimetrija .
• Izmeri se za oceno procesa dušenja ali Joule-Thomsonove ekspanzije.
• Entalpija se uporablja za izračun minimalne moči kompresorja.
• Sprememba entalpije nastane med spremembo agregatnega stanja.
• Obstaja veliko drugih aplikacij entalpije v toplotni tehniki.

Primer spremembe v izračunu entalpije

Za izračun spremembe entalpije, ko se led stopi v tekočino in se tekočina spremeni v paro, lahko uporabite talilno toploto ledu in toploto uparjanja vode.

The talilna toplota ledu je 333 J/g (kar pomeni, da se 333 J absorbira, ko se tali 1 gram ledu.) Toplota uparjanje tekoče vode pri 100 °C je 2257 J/g.

del A: Izračunajte sprememba entalpije , ΔH, za ta dva procesa.

H_dvaO(i) → H_dvaO(l); ΔH = ?
H_dvaO(l) → H_dvaO(g); ΔH = ?
del B: S pomočjo izračunanih vrednosti poiščite število gramov ledu, ki jih lahko stopite z 0,800 kJ toplote.

rešitev
A. Toplote fuzije in uparjanja so v džulih, zato je treba najprej pretvoriti v kilodžule. Uporabljati periodni sistem , vemo, da 1 mol vode (H_dvaO) je 18,02 g. Zato:
fuzijski ΔH = 18,02 g x 333 J / 1 g
fuzija ΔH = 6,00 x 10³J
fuzijski ΔH = 6,00 kJ
uparjanje ΔH = 18,02 g x 2257 J / 1 g
uparjanje ΔH = 4,07 x 10⁴J
uparjanje ΔH = 40,7 kJ
Dokončane termokemične reakcije so torej:
H_dvaO(i) → H_dvaO(l); ΔH = +6,00 kJ
H_dvaO(l) → H_dvaO(g); ΔH = +40,7 kJ
B. Zdaj vemo, da:
1 mol H_dvaO(s) = 18,02 g H_dvaO(s) ~ 6,00 kJ
Uporaba tega pretvorbenega faktorja:
0,800 kJ x 18,02 g ledu / 6,00 kJ = 2,40 g stopljenega ledu

Odgovori

A. H_dvaO(i) → H_dvaO(l); ΔH = +6,00 kJ

H_dvaO(l) → H_dvaO(g); ΔH = +40,7 kJ

B. 2,40 g stopljenega ledu