Τι είναι η ενθαλπία;

Βασικές έννοιες

Σε αυτό το σεμινάριο, θα μάθετε για τον ορισμό και την εξίσωση της ενθαλπίας . Επιπλέον, θα μάθετε για ορισμένες από τις εφαρμογές του, καθώς σχετίζεται με τη θερμοδυναμική.

Θέματα που καλύπτονται σε άλλα άρθρα

• Νόμοι της Θερμοδυναμικής
• Ειδική θερμότητα
• Ενέργεια πλέγματος
• Αντιδράσεις καύσης

Ορισμός ενθαλπίας

Η ενθαλπία (Η) έχει να κάνει με τη θερμοδυναμική. είναι μια συνάρτηση κατάστασης, σε σταθερή πίεση, που χρησιμοποιείται σε χημικά και βιολογικά συστήματα. Αυτό σημαίνει ότι η ενθαλπία εξαρτάται μόνο από την τελική ενέργεια, πίεση και όγκο και όχι η διαδρομή που ακολούθησε το σύστημα για να φτάσει στην τελική κατάσταση.

Αυτή είναι η αλλαγή στην εσωτερική ενέργεια που ισούται με τη μεταφορά θερμότητας μέσα στο σύστημα. Αυτό οφείλεται στο νόμο της διατήρησης της ενέργειας.

Φόρμουλα Ενθαλπίας

Αυτή η ιδιότητα είναι το άθροισμα της εσωτερικής ενέργειας ενός συστήματος και το γινόμενο της πίεσης x όγκου.

H =U + pV

Η:Ενθαλπία
U:Εσωτερική ενέργεια του συστήματος
p:Πίεση
V:Τόμος

Μπορεί επίσης να δείτε το pV να εκφράζεται ως W, γνωστό ως εργασία.

H =U + W

Η μονάδα μέτρησης SI για την ενθαλπία είναι το Joule (J). Ωστόσο, μερικές φορές μπορεί να δείτε τις μονάδες θερμίδων ή τη βρετανική θερμική μονάδα (BTU).

Εξάρτηση από τη θερμοκρασία

Ένας παράγοντας που παίζει ρόλο κατά τον προσδιορισμό της ενθαλπίας, παρόλο που δεν φαίνεται στις παραπάνω εξισώσεις, είναι η θερμοκρασία. Τα ίδια αντιδρώντα σε μια αντίδραση μπορεί να ποικίλουν ως προς την ποσότητα θερμότητας που μπορούν να μεταφέρουν όταν βρίσκονται σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Επιπλέον, διαφορετικά αντιδρώντα μπορεί να βρίσκονται σε διαφορετικές φάσεις της ύλης σε διαφορετικές θερμοκρασίες περιβάλλοντος, κάτι που μπορεί επίσης να παίξει ρόλο στη μεταφορά θερμότητας.

Ειδική ενθαλπία

Η ειδική ενθαλπία, h, εμφανίζεται όταν γίνονται υπολογισμοί που έχουν να κάνουν με την εξισορρόπηση ενέργειας. Αυτό συμβαίνει επειδή, όταν εξετάζουμε τις εξισώσεις εξισορρόπησης ενέργειας, σκεφτόμαστε τη διαφορά στην ενθαλπία σε δύο διαφορετικές συνθήκες, την αλλαγή.

Συνήθως, δίνεται μια τιμή αναφοράς, είτε από πίνακα είτε παρουσιάζεται σε πρόβλημα λέξης, προκειμένου να μετρηθεί η διαφορά ενέργειας στις αρχικές και τελικές συνθήκες του συστήματος. Λόγω του γεγονότος ότι το H δεν μπορεί να προσδιοριστεί απόλυτα, είναι πιθανό να εκχωρήσει μια κατάσταση αναφοράς ως H=0. Για παράδειγμα, όταν εξετάζουμε νερό και υδρατμούς, η τιμή h στους 0,1ºC και η κανονική ατμοσφαιρική πίεση εκχωρούνται σε 0.

Ενδόθερμο έναντι Εξώθερμου

Όταν μια διεργασία είναι ενδόθερμη, απορροφά θερμότητα στο σύστημα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα η τιμή △H να είναι θετική. Από την άλλη πλευρά, όταν μια διαδικασία είναι εξώθερμη, απελευθερώνει θερμότητα στο περιβάλλον. Θυμηθείτε ότι παρόλο που φαίνεται να υπάρχει μια αλλαγή στην ενέργεια, αυτές οι αντιδράσεις, όπως όλες οι χημικές αντιδράσεις, υπακούουν στο νόμο της διατήρησης της ενέργειας.

Εντροπία εναντίον Ενθαλπίας

Με όλους τους όρους που χρησιμοποιούνται στη θερμοδυναμική, μπορεί να προκαλεί σύγχυση η παρακολούθηση όλων αυτών. Η εντροπία (S) είναι η ποσότητα της αταξίας και της τυχαιότητας που παρατηρείται σε ένα σύστημα. Απλώς, όσο πιο αποδιοργανωμένη γίνεται μια αντίδραση, τόσο περισσότερη εντροπία υπάρχει. Για παράδειγμα, μια αντίδραση που πηγαίνει από στερεό σε υγρό έχει υψηλή εντροπία ενώ μια αντίδραση που πηγαίνει από αέριο σε υγρό έχει χαμηλή εντροπία. Αυτή η ιδιότητα μπορεί να αναλυθεί περαιτέρω με θέματα όπως η ελεύθερη ενέργεια Gibbs.

Εφαρμογές της ενθαλπίας

Υπάρχουν χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν παντού στον πραγματικό κόσμο, και υπάρχουν διάφορα παραδείγματα ενθαλπίας που παρατηρούνται στην καθημερινή ζωή. Ένα παράδειγμα είναι τα φορητά πακέτα θερμαντήρα χεριών. Αυτά τα μικροσκοπικά πακέτα υφίστανται μια αντίδραση οξείδωσης σιδήρου υπό σταθερή πίεση σε ένα κλειστό σύστημα, γι' αυτό και όταν σπάσετε το πακέτο, ζεσταίνεται γρήγορα και εύκολα. Αυτό είναι ένα παράδειγμα εξώθερμης αντίδρασης επειδή η ενέργεια απελευθερώνεται από το σύστημα με τη μορφή θερμότητας. Ένα άλλο παράδειγμα ενθαλπίας μπορεί να δει κανείς στους συμπιεστές ψυγείων. Εδώ, συμβαίνει μια αντίδραση εξάτμισης, πάλι υπό την ακριβή συνθήκη σταθερής πίεσης. Η ενέργεια χρησιμοποιείται και απορροφάται στο σύστημα με τη μορφή θερμότητας καθώς οι ψυκτικές χημικές ουσίες εξατμίζονται σε μια ενδόθερμη ύλη.

Περαιτέρω ανάγνωση

Για να δείτε μερικά λεπτομερή παραδείγματα προβλημάτων σχετικά με την ενθαλπία, ανατρέξτε στο άρθρο μας για τον νόμο του Hess!

Για να μάθετε πώς να υπολογίζετε την ενθαλπία, δείτε πολλές διαφορετικές τεχνικές στη σελίδα Υπολογισμός ενθαλπίας!