Entalpia: čo to je, vzorec, typy a príklady

Čo je entalpia?

Entalpia je množstvo tepla, ktoré termodynamický systém uvoľňuje alebo absorbuje z prostredia, ktoré ho obklopuje, keď je pri konštantnom tlaku. Termodynamický systém pochopí akýkoľvek objekt.

Vo fyzike a chémii entalpia je termodynamická veličina, ktorej jednotkou merania sú Jouly (J) a predstavuje ho písmeno H.

Vzorec na výpočet entalpie je:

H = E + PV

Kde:

• H je entalpia.
• E je energia termodynamického systému.
• P je tlak termodynamického systému.
• V je objem.

V tomto vzorci sa súčin tlaku vynásobeného objemom (PV) rovná mechanickej práci, ktorá sa na systém pôsobí.

Preto entalpia sa rovná energii termodynamického systému plus mechanickej práci na ňu použitej.

Entalpiu systému je však možné merať iba v okamihu, keď dôjde k zmene energie. Variácia predstavovaná znamienkom Δ vedie k novému vzorcu:

∆H = ∆E + P∆V

To znamená, že zmena entalpie (∆H) sa rovná zmene energie (∆E) plus mechanická práca použitá v systéme (P∆V).

Entalpia pochádza z gréčtiny enthálpó, čo znamená pridať alebo pridať teplo. Prvýkrát tento termín vytvoril holandský fyzik Heike Kamerlingh Onnes, nositeľ Nobelovej ceny za fyziku v roku 1913.

Typy entalpie

Existuje niekoľko druhov entalpie v závislosti od použitých látok a procesov. Ak proces zahŕňa uvoľnenie energie, ide o exotermickú reakciu, zatiaľ čo zachytenie energie znamená, že ide o endotermickú reakciu.

Na základe vyššie uvedeného sa entalpie delia na:

Entalpia formácie

Je to energia, ktorá je potrebná na vytvorenie móla látky z prvkov, ktoré ju tvoria. Pripomeňme, že mol je mernou jednotkou látky ekvivalentnou 6,023x10²³ atómy alebo molekuly.

Príklad entalpie formácie je spojenie kyslíka (O) a vodíka (H) za vzniku vody (H₂O), ktorého zmena energie alebo entalpie (ΔH) je -285 820 KJ / mol.

Reakčná entalpia

Je to energia uvoľnená chemickou reakciou za stáleho tlaku.

Príklad entalpie reakcie je tvorba metánu (CH4) spojením uhlíka (C) a vodíka (H):

C + 2H₂ → CH₄

Pozri tiež Chemická reakcia.

Entalpia roztoku

Vzťahuje sa na množstvo tepla odovzdaného alebo absorbovaného látkou, keď sa rozpustí vo vodnom roztoku.

Príklad entalpie riešenia je to, čo sa stane pri rozpustení kyseliny sírovej (H₂SW₄) vo vode (H₂ALEBO). Množstvo energie uvoľnenej kyselinou je také vysoké, že ide o roztok, ktorý sa musí použiť s určitými bezpečnostnými opatreniami.

Neutralizačná entalpia

Je to energia, ktorá sa zachytí alebo uvoľní, keď sa kyselina a zásada zmiešajú a navzájom sa neutralizujú.

Príklad entalpie neutralizácie to je, keď zmiešame kyselinu octovú (CH₃COOH) s bikarbonátom (NaHCO₃).

Pozri tiež Kyseliny a zásady.

Entalpia horenia

Je to energia uvoľnená, keď jeden mol organickej látky reaguje s kyslíkom vo vzduchu a uvoľňuje oxid uhličitý (CO_2).

Príklad entalpie horenia je to generované propánovým plynom (C₃H₈), pri ktorom sa uvoľňuje energia použitá ako domáce palivo:

C.₃H₈ + 5 O.₂ → 3CO₂+ 4H₂ALEBO

Zadarmo 2 044 x 10³ KJ / mol

Zmena entalpie (ΔH) = -2,044x10 3 KJ / mol

Pozri tiež Spaľovanie.

Entalpia rozpadu

Je to množstvo tepla alebo energie, ktoré sa uvoľní, keď sa mól látky rozpadne na jednoduchšie prvky.

Príklad entalpie rozkladu je, keď sa peroxid vodíka alebo peroxid vodíka rozloží na vodu a kyslík:

2H₂ALEBO₂→ 2H₂O + O₂

Uvoľní sa 96,5 KJ / mol

Zmena entalpie (ΔH) = 96,5 KJ / mol

Entalpia rozpúšťania

Vzťahuje sa na množstvo tepla alebo energie, ktoré látka zachytí alebo sa jej vzdá, keď sa do roztoku pridá viac vody.

Príklad entalpie rozpúšťania Je to vtedy, keď do vody pridáme práškový prací prostriedok.

Pozri tiež Chemický roztok.

Entalpia fázovej zmeny

Vzťahuje sa na výmenu energie, ku ktorej dochádza pri zmene skupenstva prvku (tuhý, kvapalný alebo plynný). V tomto zmysle máme:

• Entalpia fúzie: zmena entalpie pri prechode z pevného do kvapalného stavu
• Entalpia sublimácie: zmena entalpie pri prechode z tuhej látky na plyn.
• Entalpia odparovania: prechod z kvapaliny na plyn.

Príklad entalpie fázových zmien To sa deje vo vodnom cykle, pretože pri prechode z kvapalného do plynného alebo tuhého stavu (alebo v akejkoľvek z ich možných kombinácií) voda uvoľňuje alebo absorbuje energiu. V tomto prípade sa zmena energie pri prechode vody z kvapaliny na plyn pri 100 ° C rovná 40,66 KJ / mol.

Pozri tiež:

• Endotermická reakcia.
• Exotermická reakcia.

Na čo je entalpia

Entalpia sa používa na presné meranie energetických variácií, ktoré sa vyskytujú v systéme, a to buď v čase odoberania, alebo uvoľňovania energie do životného prostredia.

Entalpia je komplexný pojem v termodynamike, ktorý sa zriedka používa v každodennom živote, pretože napríklad nepočítame energiu potrebnú na ohrev vody na čaj. Je však možné pochopiť, ako to funguje, na každodennom príklade.

Keď varíme vodu, jej teplota postupne stúpa, až kým nedosiahne teplotu varu (100 ° C). V tomto prípade hovoríme o negatívnej entalpii, pretože termodynamický systém musel na zvýšenie svojej teploty brať energiu z prostredia.

Na druhej strane, keď tú istú vodu necháme po prevarení trochu vychladnúť, jej teplota začne postupne klesať bez potreby vonkajšieho zásahu. V tomto prípade ide o pozitívnu entalpiu, pretože energia sa uvoľňuje do životného prostredia.

Entalpia a entropia

Entropia je fyzikálna veličina, ktorá meria množstvo energie v systéme, ktorý nie je k dispozícii. Výpočtom tejto veľkosti je možné poznať stupeň poruchy alebo chaosu v štruktúre systému.

Vzťah medzi entalpiou a entropiou je daný rovnováhou systému. Pri nižšej entalpii (výmena energie) má systém tendenciu k rovnováhe; ale zároveň sa zvyšuje entropia, pretože v systéme existuje väčšia pravdepodobnosť chaosu.

Z časti minimálna entropia znamená nižšiu úroveň chaosu, a preto bude výmena energie (entalpia) väčšia.