Definicja entalpii w chemii i fizyce

Entalpia w silniku spalinowym jest obliczana jako energia wewnętrzna plus ciśnienie pomnożone przez objętość.

kithanet / Getty Images

Entalpia jest termodynamiczną właściwością układu. Jest to suma energii wewnętrznej dodanej do iloczynu ciśnienia i objętości układu. Odzwierciedla zdolność do wykonywania prac niemechanicznych i zdolność do uwalniania ciepło .

Entalpia jest oznaczona jako H ; entalpia właściwa oznaczona jako h . Typowymi jednostkami używanymi do wyrażania entalpii są dżul, kaloria lub BTU (brytyjska jednostka termiczna). Entalpia w procesie dławienia jest stała.

Zmiana entalpii jest obliczana, a nie entalpia, po części dlatego, że całkowita entalpia systemu nie może być zmierzona, ponieważ nie można poznać punktu zerowego. Jednak możliwe jest zmierzenie różnicy entalpii między jednym stanem a drugim. Zmiana entalpii może być obliczona w warunkach stałego ciśnienia.

Jednym z przykładów jest strażak, który stoi na drabinie, ale dym przesłania mu widok na ziemię. Nie widzi, ile szczebli jest pod nim do ziemi, ale widzi, że są trzy szczeble do okna, w którym należy uratować osobę. W ten sam sposób nie można zmierzyć całkowitej entalpii, ale można zmierzyć zmianę entalpii (trzy szczeble drabiny).

Wzory entalpii

H = E + PV

gdzie H to entalpia, E to energia wewnętrzna układu, P to ciśnienie, a V to objętość

d H = T d S + P d W

Jakie znaczenie ma entalpia?

• Pomiar zmiany entalpii pozwala nam określić, czy reakcja była endotermiczna (pochłonięte ciepło, dodatnia zmiana entalpii) czy egzotermiczna (uwolnione ciepło, ujemna zmiana entalpii).
• Służy do obliczania ciepła reakcji procesu chemicznego.
• Zmiana entalpii służy do pomiaru przepływu ciepła w kalorymetria .
• Jest mierzony w celu oceny procesu dławienia lub ekspansji Joule-Thomsona.
• Entalpia służy do obliczania minimalnej mocy sprężarki.
• Zmiana entalpii następuje podczas zmiany stanu materii.
• Istnieje wiele innych zastosowań entalpii w inżynierii cieplnej.

Przykładowa zmiana w obliczeniach entalpii

Możesz wykorzystać ciepło topnienia lodu i ciepło parowania wody do obliczenia zmiany entalpii, gdy lód topi się w ciecz, a ciecz zamienia się w parę.

The ciepło topnienia lodu wynosi 333 J/g (co oznacza, że ​​333 J jest pochłaniane, gdy 1 gram lodu topi się). odparowanie ciekłej wody w 100°C wynosi 2257 J/g.

Część A: Oblicz zmiana entalpii , ΔH, dla tych dwóch procesów.

H_dwaO(y) → H_dwaO(l); ΔH = ?
H_dwaO(l) → H_dwaO(g); ΔH = ?
Część B: Korzystając z obliczonych wartości, znajdź liczbę gramów lodu, które możesz stopić przy użyciu ciepła 0,800 kJ.

Rozwiązanie
A. Ciepła fuzji i waporyzacji są w dżulach, więc pierwszą rzeczą do zrobienia jest przeliczenie na kilodżule. Używając układ okresowy pierwiastków wiemy, że 1 mol wody (H_dwaO) wynosi 18,02 g. W związku z tym:
topienie ΔH = 18,02 g x 333 J / 1 g
fuzja ΔH = 6,00 x 10³J
topienie ΔH = 6,00 kJ
parowanie ΔH = 18,02 g x 2257 J / 1 g
parowanie ΔH = 4,07 x 10⁴J
parowanie ΔH = 40,7 kJ
Tak więc zakończone reakcje termochemiczne to:
H_dwaO(y) → H_dwaO(l); ΔH = +6,00 kJ
H_dwaO(l) → H_dwaO(g); ΔH = +40,7 kJ
B. Teraz wiemy, że:
1 mol H_dwaO(s) = 18,02 g H_dwaO(s) ~ 6,00 kJ
Używając tego współczynnika konwersji:
0,800 kJ x 18,02 g lodu / 6,00 kJ = 2,40 g roztopionego lodu

Odpowiadać

A. H_dwaO(y) → H_dwaO(l); ΔH = +6,00 kJ

H_dwaO(l) → H_dwaO(g); ΔH = +40,7 kJ

B. 2,40 g roztopionego lodu