Энтальпия — это свойство вещества, указывающее количество энергии, которую можно преобразовать в теплоту.
Энтальпия — это термодинамическое свойство вещества, которое указывает уровень энергии, сохраненной в его молекулярной структуре. Это значит, что, хотя вещество может обладать энергией на основании температуры и давления, не всю ее можно преобразовать в теплоту. Часть внутренней энергии всегда остается в веществе и поддерживает его молекулярную структуру.
Часть кинетической энергии вещества недоступна, когда его температура приближается к температуре окружающей среды. Следовательно, энтальпия — это количество энергии, которая доступна для преобразования в теплоту при определенной температуре и давлении. Единицы энтальпии — британская тепловая единица или джоуль для энергии и Btu/lbm или Дж/кг для удельной энергии.
Количество энтальпии
Количество энтальпии вещества основано на его данной температуре. Данная температура — это значение, которая выбрано учеными и инженерами, как основание для вычислений. Это температура, при которой энтальпия вещества равна нулю Дж. Другими словами, у вещества нет доступной энергии, которую можно преобразовать в теплоту.
Внутренняя энергия и энтальпия. 10 класс.
Данная температура у различных веществ разная. Например, данная температура воды — это тройная точка (О °С), азота −150°С, а хладагентов на основе метана и этана −40°С.
Если температура вещества выше его данной температуры или изменяет состояние на газообразное при данной температуре, энтальпия выражается положительным числом. И наоборот при температуре ниже данной энтальпия вещества выражается отрицательным числом. Энтальпия используется в вычислениях для определения разницы уровней энергии между двумя состояниями. Это необходимо для настройки оборудования и определения коэффициента полезного действия процесса.
Энтальпию часто определяют как полную энергию вещества, так как она равна сумме его внутренней энергии (и) в данном состоянии наряду с его способностью проделать работу (pv). Но в действительности энтальпия не указывает полную энергию вещества при данной температуре выше абсолютного нуля (-273°С). Следовательно, вместо того, чтобы определять энтальпию как полную теплоту вещества, более точно определять ее как общее количество доступной энергии вещества, которое можно преобразовать в теплоту.
H = U + pV
Источник: www.xiron.ru
Энтальпия
Проще говоря, энтальпия — это та энергия, которая доступна для преобразования в теплоту при определенных температуре и давлении.
Если термомеханическую систему рассматривать как состоящую из макротела (газа) и поршня площадью S с грузом весом Р = pS, уравновешивающего давление газа р внутри сосуда, то такая система называется расширенной.
Энтальпия или энергия расширенной системы Е равна сумме внутренней энергии газа U и потенциальной энергии поршня с грузом Eпот = pSx = pV
Энтальпия
Таким образом, энтальпия в данном состоянии представляет собой сумму внутренней энергии тела и работы, которую необходимо затратить, чтобы тело объёмом V ввести в окружающую среду, имеющую давление р и находящуюся с телом в равновесном состоянии. Энтальпия системы H — аналогично внутренней энергии и другим термодинамическим потенциалам — имеет вполне определенное значение для каждого состояния, т. е. является функцией состояния. Следовательно, в процессе изменения состояния
Изменение энтальпии (или Тепловой эффект химической реакции) не зависит от пути процесса, определяясь только начальным и конечным состоянием системы. Если система каким-либо путём возвращается в исходное состояние (круговой процесс), то изменение любого её параметра, являющегося функцией состояния, равно нулю, отсюда , или же
Дифференциал энтальпии, выраженный в собственных переменных — через энтропию S и давление p:
— количество теплоты, подведенной к системе, отсюда вытекает физический смысл введения понятия энтальпии: ее изменение — это тепло, подведенное к системе в изобарическом процессе (при постоянном давлении). Практическое применение этой функции основано на том, что множество химических процессов в реальных или лабораторных условиях реализуются именно при постоянном (атмосферном) давлении, когда резервуар открыт. Так, энтальпия образования — количество энергии, которое выделяется или поглощается при образовании сложного вещества из простых веществ.
Все химические реакции сопровождаются выделением (экзотермические) или поглощением (эндотермические) тепла. Мерой теплоты реакции служит изменение энтальпии ΔН, которая соответствует теплообмену при постоянном давлении. В случае экзотермических реакций система теряет тепло и ΔН — величина отрицательная. В случае эндотермических реакций система поглощает тепло и ΔН — величина положительная.
Энтальпией системы удобно пользоваться в тех случаях, когда в качестве независимых переменных, определяющих состояние системы, выбирают давление р и температуру Т
В этом случае изменение энтальпии в изобарическом процессе практически удобно рассчитывать, зная теплоемкость при постоянном давлении (термохимический закон Кирхгофа): ) = intdelta Q = intlimits_^ C_p(T) mathrm T » width=»» height=»» />
При этом используется эмпирическое разложение теплоёмкости в ряд по степеням Т:
Энтальпия — величина аддитивная (экстенсивная), т. е. для сложной системы равна сумме энтальпий её независимых частей . Подобно другим термодинамическим потенциалам, энтальпия определяется с точностью до постоянного слагаемого, которому в термодинамике часто придают произвольные значения (например, при расчете и построении тепловых диаграмм). При наличии немеханических сил величина энтальпии системы равна
где — обобщённая сила; — обобщённая координата.
Примеры
| Химическая формула | Δ Hf 0 кДж/моль | ||
| Аммиак | сольватированный | NH3 (NH4OH) | −80.8 |
| Аммиак | газообразный | NH3 | −46.1 |
| Карбонат натрия | твёрдый | Na2CO3 | −1131 |
| Хлорид натрия (соль) | сольватированный | NaCl | −407 |
| Хлорид натрия (соль) | твёрдый | NaCl | −411.12 |
| Хлорид натрия (соль) | жидкий | NaCl | −385.92 |
| Хлорид натрия (соль) | газообразный | NaCl | −181.42 |
| Гидроксид натрия | сольватированный | NaOH | −469.6 |
| Гидроксид натрия | твёрдый | NaOH | −426.7 |
| Нитрат натрия | сольватированный | NaNO3 | −446.2 |
| Нитрат натрия | твёрдый | NaNO3 | −424.8 |
| Диоксид серы | газообразный | SO2 | −297 |
| Серная кислота | жидкий | H2SO4 | −814 |
| Диоксид кремния | твёрдый | SiO2 | −911 |
| Диоксид азота | газообразый | NO2 | +33 |
| Монооксид азота | газообразный | NO | +90 |
| Вода | жидкий | H2O | −286 |
| Вода | газообразный | H2O | −241.8 |
| Диоксид углерода | газообразный | CO2 | −393.5 |
| Водород | газообразный | H2 | 0 |
| Фтор | газообразный | F2 | 0 |
| Хлор | газообразный | Cl2 | 0 |
| Бром | жидкий | Br2 | 0 |
| Бром | газоообразный | Br2 | 0 |
Инвариантная энтальпия в релятивистской термодинамике
При построении релятивистской термодинамики (с учетом специальной теории относительности) обычно наиболее удобным подходом является использование так называемой инвариантной энтальпии — для системы, находящейся в некотором сосуде.
При этом подходе температура определяется как лоренц-инвариант. Энтропия — также инвариант. Поскольку стенки влияют на систему, наиболее естественной независимой переменной является давление , в связи с чем в качестве термодинамического потенциала удобно брать именно энтальпию [1] .
Для такой системы «обычная» энтальпия и импульс системы образуют 4-вектор, и за определение инвариантной энтальпии, одинаковой во всех системах отсчёта, берётся инвариантная функция этого 4-вектора:
Основное уравнение релятивистской термодинамики записывается через дифференциал инвариантной энтальпии следующим образом:
Пользуясь этим уравнением, можно решить любой вопрос термодинамики движущихся систем, если известна функция .
Источник: dic.academic.ru
Что такое энтальпия? (и его 11 видов)
Энергия, температура и движение — это три величины, которые, по сути, определяют функционирование Вселенной. В этом смысле, все, что происходит в Космосе, можно понимать как процесс, определяемый универсальными законами термодинамики.. Обмен температур и потоки энергии определяют поведение природы.
Термодинамика — это раздел физики, изучающий макроскопические свойства материи, на которые влияют все эти явления, связанные с теплом. И это варьируется от жизненного цикла звезд до того, как лед тает в стакане воды.
И из всех физических величин, с которыми справляется эта дисциплина, одним из самых важных, несомненно, является энтальпия. Изменение этого термодинамического свойства определяет, что химические реакции в системе являются экзотермическими (они выделяют тепло) или эндотермическими (они поглощают тепло), что очень важно во многих областях науки.
Но что такое энтальпия? Как рассчитывается? Какие бывают типы? Как это связано с энтропией? В сегодняшней статье мы ответим на эти и многие другие вопросы об этой энергии, которая, хотя мы ее и не видим, определяет природу всего, что нас окружает.
- Рекомендуем прочитать: «Что такое энтропия?»
Что такое энтальпия?
Энтальпия, представленная как H, это количество энергии, которым термодинамическая система в условиях постоянного давления обменивается с окружающей средой.. Другими словами, это термодинамическое свойство, изменение которого определяет, выделяет ли рассматриваемая химическая реакция энергию в виде тепла или необходимо поглощать эту тепловую энергию.
Следовательно, энтальпию можно понимать как количество тепловой энергии, которую термодинамическая система (регулируемая потоками температуры и энергии) излучает или поглощает, когда она находится под постоянным давлением. А под термодинамической системой мы можем понимать, в основном, любой физический объект.
Это одно из самых фундаментальных термохимических свойств, поскольку мы анализируем, как реакционная среда обменивается теплом (поглощая или выделяя его) с окружающей средой. А поглотит он его или высвободит, будет определяться не самой энтальпией (H), а ее изменением (ΔH).. И исходя из этого химическая реакция может быть двух типов:
Экзотермический: Когда ΔH 0 (изменение энтальпии отрицательное), реакция выделяет энергию в виде тепла. Они не потребляют тепло, а излучают его. Все реакции, в которых конечный продукт молекулярно проще, чем исходный, будут экзотермическими.
Эндотермический: Когда ΔH> 0 (изменение энтальпии положительное), реакция потребляет энергию в виде тепла. Они не выделяют энергию, а должны ее поглощать и расходовать. Все реакции, в которых конечный продукт молекулярно более сложен, чем исходный, будут эндотермическими.
Таким образом, энтальпия (или изменение энтальпии) — это энергия, значение которой определяет, будет ли конкретная химическая реакция в условиях постоянного давления выделять тепловую энергию (экзотермическая) или поглощать энергию в виде тепла (эндотермическая). Единица измерения энтальпии в международной системе — Джоуль (Дж)..
- Рекомендуем прочитать: «4 закона термодинамики (характеристики и объяснение)»
Как рассчитывается энтальпия?
Как мы видели, основа энтальпии очень проста. Если его изменение отрицательное, рассматриваемая химическая реакция будет выделять тепловую энергию в среду. И если его изменение положительное, он будет поглощать энергию в виде тепла. Как мы можем это вычислить? Тоже очень просто.
Формула для расчета энтальпии выглядит следующим образом:
H = E + PV
- ЧАС: Энтальпия (измеряется в Джоулях)
- И: Энергия в системе (также измеряется в Джоулях).
- п: Давление (измеряется в паскалях)
- V: Объем (измеряется в кубических метрах)
В химии произведение PV (давление, умноженное на объем) равно механической работе, приложенной к термодинамической системе (ее можно представить как W). Следовательно, мы можем придумать другое определение энтальпии. Энтальпия — это результат суммы энергии термодинамической системы и механической работы, которую мы к ней прикладываем..
Тем не менее, как мы уже сказали, что действительно интересует нас для определения термического поведения реакции, так это изменение энтальпии. Таким образом, мы находим эту новую формулу:
ΔH = ΔE + PΔV
Все рассчитывается в соответствии с его вариацией (конечная энтальпия — начальная энтальпия, конечная энергия — начальная энергия, конечный объем — начальный объем), кроме давления, поскольку мы уже сказали, что обязательным условием для расчета энтальпии является то, что давление в системе должно быть остается постоянным.
Таким образом, если результат добавления изменения энергии к произведению давления и изменения объема положительный, это означает, что энтальпия увеличивается и, следовательно, тепловая энергия поступает в систему (это эндотермический эффект). Если, наоборот, результат этой суммы отрицательный, это означает, что энтальпия уменьшается на протяжении реакции и, следовательно, тепловая энергия покидает систему (она экзотермична).
Какие бывают типы энтальпии?
Мы уже точно видели, что такое энтальпия и как она рассчитывается. Теперь пришло время посмотреть, как он классифицируется в соответствии с природой химических реакций, которые он определяет, и как он влияет на тепловую энергию в них.
1. Энтальпия образования
Энтальпия образования определяется как количество энергии, необходимое для образования одного моля соединения (единица, с помощью которой измеряется количество вещества и которая эквивалентна 6,023 x 10 ^ 23 атомов или молекул соединения) от элементов, которые составляют его при стандартных условиях температуры и давления, то есть 25 ° C и 1 атмосфера соответственно.
2. Энтальпия разложения
Энтальпия разложения определяется как количество тепловой энергии, поглощаемой или выделяемой при один моль вещества распадается в его составных элементах.
3. Энтальпия горения
Энтальпия горения связана с горением веществ в присутствии кислорода. В этом смысле речь идет о энергия, выделяемая при сгорании одного моля вещества. Рассматриваемое вещество горит, когда вступает в реакцию с кислородом, и это экзотермические реакции, поскольку всегда выделяются тепло и свет.
4. Энтальпия гидрирования.
Энтальпия гидрирования определяется как энергия, выделяемая или поглощаемая, когда вещество мы добавляем молекулу водорода, чтобы обычно образовывать углеводород.
5. Энтальпия нейтрализации.
Энтальпия нейтрализации определяется как энергия, выделяемая или поглощаемая при смешивании кислоты (pH ниже 7) и основания (pH выше 7), которые в конечном итоге нейтрализуются. Отсюда и его название. Так долго как смесь кислотных и основных веществ, будет энтальпия нейтрализации, связанная с реакцией.
6. Энтальпия фазового перехода
Под энтальпией фазового перехода мы подразумеваем любое выделение или поглощение энергии, когда один моль определенного вещества изменить его агрегатное состояние. Другими словами, это энергия, связанная с изменением состояния между жидкостью, твердым телом и газом.
7. Энтальпия растворения
Энтальпия раствора определяется как энергия, поглощаемая или выделяемая при химическое вещество растворяется в водном растворе. То есть это энергия, связанная со смесью растворенного вещества и растворителя, имеющая ретикулярную фазу (поглощает энергию) и фазу гидратации (выделяет энергию).
8. Энтальпия плавления.
Энтальпия плавления — это изменение энергии системы, когда химическое вещество переходит из твердого состояния в жидкое, например, когда тает лед.
9. Энтальпия испарения.
Энтальпия испарения — это изменение энергии системы, когда химическое вещество переходит из жидкого в газообразное состояние, например, когда вода в кастрюле закипает.
10. Энтальпия сублимации.
Энтальпия сублимации — это изменение энергии системы, когда химическое вещество переходит из твердого состояния в газообразное, не проходя через жидкость, как, например, испарение земных полюсов с водой, которая проходит прямо изо льда в атмосферу, не переходя через жидкое состояние.
11. Энтальпия затвердевания.
Энтальпия затвердевания — это изменение энергии системы, когда химическое соединение переходит из жидкого в твердое состояние, например, когда жидкая вода замерзает и получается лед.
Как энтальпия связана с энтропией?
Энтальпия и энтропия — два термина, которые часто путают друг с другом.. И хотя они связаны (как мы сейчас увидим), они совершенно разные. Как мы видели, энтальпия — это энергия, которой термодинамическая система обменивается с окружающей ее средой.
С другой стороны, энтропия прямо противоположна. И хотя неправильно определять его как величину, которая измеряет степень беспорядка в системе, верно, что это связано с энергией, недоступной в реакции. Таким образом, это определенным образом связано с молекулярным хаосом.
В любом случае энтальпия и энтропия связаны. Но каким образом? Что ж, правда в том, что это довольно сложно, но мы могли бы резюмировать это в следовать обратно пропорциональной зависимости: чем выше энтальпия (больше энергообмена), тем ниже энтропия (меньше беспорядка); при этом чем ниже энтальпия (меньше энергообмена), тем выше энтропия (больше беспорядка).
Источник: ru1.warbletoncouncil.org