Entalpie: ce este, formulă, tipuri și exemple

Ce este Enthalpia?

Entalpia este cantitatea de căldură pe care un sistem termodinamic o eliberează sau o absoarbe din mediul înconjurător atunci când se află la o presiune constantă, sistemul termodinamic însemnând orice obiect.

În fizică și chimie, entalpia este o cantitate termodinamică a cărei unitate de măsură este Joules (J) și este reprezentată de litera H.

Formula pentru calcularea entalpiei este:

H = E + PV

În cazul în care:

• H este entalpie, E este energia sistemului termodinamic, P este presiunea sistemului termodinamic, V este volum.

În această formulă, produsul presiunii înmulțit cu volumul (PV) este egal cu lucrul mecanic aplicat sistemului.

Prin urmare, entalpia este egală cu energia unui sistem termodinamic, plus munca mecanică aplicată acestuia.

Cu toate acestea, entalpia unui sistem poate fi măsurată doar în momentul în care apare o variație de energie. Variația, reprezentată de semnul Δ, dă naștere unei noi formule:

∆H = ∆E + P∆V

Aceasta înseamnă că variația entalpiei (∆H) este egală cu variația energiei (∆E), plus munca mecanică aplicată sistemului (P∆V).

Enthalpia provine din grecescul enthálpō , ceea ce înseamnă adăugarea sau adăugarea căldurii. Termenul a fost inventat pentru prima dată de fizicianul olandez Heike Kamerlingh Onnes, câștigător al Premiului Nobel pentru fizică în 1913.

Tipuri de entalpie

Există mai multe tipuri de entalpie în funcție de substanțele și procesele implicate. Când procesul implică eliberarea de energie, este o reacție exotermică, în timp ce captarea de energie înseamnă că este o reacție endotermică.

Pe baza celor menționate mai sus, entalpiile sunt clasificate în:

Entalpie de formare

Este energia necesară pentru formarea unei alunițe a unei substanțe din elementele care o compun. Reamintim că alunița este unitatea de măsură a substanței echivalent cu 6.023x10 ²³ atomi sau molecule.

Un exemplu de entalpie de formare este unirea oxigenului (O) și hidrogenului (H) pentru a forma apă (H ₂ O), a cărei energie sau variație de entalpie (ΔH) este de -285,820 KJ / mol.

Entalpie de reacție

Este energia care eliberează o reacție chimică sub presiune constantă.

Un exemplu de entalpie de reacție este formarea metanului (CH4) din uniunea carbonului (C) și a hidrogenului (H):

C + 2H ₂ → CH ₄

Vezi și Reacție chimică.

Entalpia soluției

Se referă la cantitatea de căldură degajată sau absorbită de o substanță atunci când este dizolvată într-o soluție apoasă.

Un exemplu de entalpie a soluției este ceea ce se întâmplă la dizolvarea acidului sulfuric (H ₂ SO ₄) în apă (H ₂ O). Cantitatea de energie eliberată de acid este atât de mare încât este o soluție care trebuie utilizată cu anumite măsuri de siguranță.

Entalpie neutralizantă

Este energia care este capturată sau eliberată atunci când un acid și o bază sunt amestecate, neutralizându-se reciproc.

Un exemplu de entalpie de neutralizare este atunci când amestecăm acid acetic (CH₃COOH) cu bicarbonat (NaHCO₃).

Vezi și Acide și baze.

Entalpie de ardere

Este energia eliberată când un mol de substanță organică reacționează cu oxigenul în aer și eliberează dioxid de carbon (CO _2).

Un exemplu de entalpie de ardere este cel generat de gazul propan (C ₃ H ₈), care eliberează energie utilizată ca combustibil intern:

C ₃ H ₈ + 5 O ₂ → 3CO ₂ + 4H ₂ O

Eliberează 2,044 x 10 ³ KJ / mol

Variația de entalpie (ΔH) = -2.044x10 ^ 3 KJ / mol

Vezi și Combustie.

Entalpie de descompunere

Este cantitatea de căldură sau energie care este eliberată atunci când un mol de substanță este descompus în elemente mai simple.

Un exemplu de entalpie de descompunere este atunci când peroxidul de hidrogen sau peroxidul de hidrogen se descompun pentru a forma apă și oxigen:

2H ₂ O ₂ → 2H ₂ O + O ₂

Se eliberează 96,5KJ / mol

Variație de entalpie (ΔH) = 96,5KJ / mol

Entalpie de dizolvare

Se referă la cantitatea de căldură sau energie pe care o substanță o captează sau o eliberează atunci când se adaugă mai multă apă la soluție.

Un exemplu de entalpie de dizolvare este atunci când adăugăm detergent pudră în apă.

Vezi și Soluție chimică.

Entalpie de schimbare de faze

Se referă la schimbul de energie care are loc atunci când un element își schimbă starea (solid, lichid sau gazos). În acest sens avem:

• Entalpie de fuziune: schimbarea entalpiei în tranziția de la solid la lichid Entalpie de sublimare: schimbarea entalpiei în tranziția de la solid la gaz. Entalpie de evaporare: trecerea de la lichid la gaz.

Un exemplu de entalpie de schimbare de fază este ceea ce se întâmplă în ciclul apei, deoarece atunci când trece de la lichid la starea gazoasă sau solidă (sau oricare dintre combinațiile sale posibile) apa eliberează sau absoarbe energie. În acest caz, schimbarea de energie în tranziția apei de la lichid la gaz la 100 ° C este egală cu 40,66 KJ / mol.

Vezi și:

• Reacție endotermică. Reacție exotermică.

Pentru ce este entalpia?

Entalpia este utilizată pentru a măsura cu exactitate variațiile de energie care apar într-un sistem, fie atunci când preiați sau eliberați energie în mediu.

Entalpia este un concept complex de termodinamică care nu este de obicei utilizat în viața de zi cu zi, deoarece nu calculăm energia necesară pentru încălzirea apei pentru ceai, de exemplu. Cu toate acestea, este posibil să înțelegem cum funcționează cu un exemplu de zi cu zi.

Când fierbem apa, temperatura acesteia crește treptat până când ajunge la punctul de fierbere (100 ° C). În acest caz, vorbim despre entalpie negativă, deoarece sistemul termodinamic trebuia să preia energie din mediu pentru a-și crește temperatura.

Pe de altă parte, când lăsăm aceeași apă să se răcească puțin după ce a fost fiartă, temperatura ei începe să scadă progresiv fără a fi nevoie de intervenție externă. În acest caz, este o entalpie pozitivă, deoarece energia este eliberată în mediu.

Entalpie și entropie

Entropia este o cantitate fizică care măsoară cantitatea de energie dintr-un sistem care nu este disponibil. Calculând această mărime este posibil să cunoaștem gradul de tulburare sau haos în structura unui sistem.

Relația dintre entalpie și entropie este dată de echilibrul sistemului. La mai puțin entalpie (schimb de energie), sistemul tinde să se echilibreze; dar în același timp, entropia crește, deoarece există o posibilitate mai mare de haos în sistem.

La rândul său, o entropie minimă implică un nivel mai scăzut de haos și, prin urmare, schimbul de energie (entalpie) va fi mai mare.