Ενθαλπία
Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
[Επεξεργασία] Ενθαλπία
Εισαγωγή κειμένου
[Επεξεργασία] Κείμενο επικεφαλίδας
[Επεξεργασία] Eνθαλπία και Μεταβολή Ενθαλπίας
Η ενέργεια που απορροφάται ή εκλύεται από μια αντίδραση εξαρτάται από τις συνθήκες, κάτω από τις οποίες λαμβάνει χώρα η αντίδραση. Συνήθως, μια αντίδραση πραγματοποιείται σε ένα δοχείο ανοικτό προς την ατμόσφαιρα και κατά συνέπεια υπό τη σταθερή ατμοσφαιρική πίεση. Υπό αυτή την προϋπόθεση θα γράφουμε τη θερμότητα αντίδρασης ως qp, όπου ο δείκτης p θα υποδηλώνει ότι η διεργασία γίνεται κάτω από σταθερή πίεση
Ενθαλπία
H ενθαλπία είναι μια ιδιότητα των ουσιών και σχετίζεται με τη θερμότητα της αντίδρασης, qp. Ενθαλπία (συμβολίζεται με H) είναι μια εκτατική ιδιότητα των ουσιών η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βρεθεί η θερμότητα που απορροφάται ή εκλύεται σε μια χημική αντίδραση. (Εκτατική ιδιότητα είναι η ιδιότητα που εξαρτάται από την ποσότητα της ουσίας). Εκτός από την ενθαλπία, παραδείγματα εκτατικών ιδιοτήτων είναι η μάζα και ο όγκος
Η ενθαλπία είναι μια καταστατική συνάρτηση. Καταστατική συνάρτηση είναι μια ιδιότητα ενός συστήματος εξαρτώμενη μόνο από την παρούσα κατάσταση του συστήματος (η οποία καθορίζεται από μεταβλητές, όπως θερμοκρασία και πίεση) και είναι ανεξάρτητη από κάθε προηγούμενο ιστορικό του συστήματος. Αυτό σημαίνει ότι μια μεταβολή στην ενθαλπία δεν εξαρτάται από το πώς έλαβε χώρα η μεταβολή, αλλά μόνο από την αρχική και την τελική κατάσταση του συστήματος.
Ενθαλπία αντίδρασης
Έστω ένα σύστημα χημικής αντίδρασης. Στην αρχή, η ενθαλπία του συστήματος είναι η ενθαλπία των αντιδρώντων. Όμως, καθώς προχωρεί η αντίδραση, η ενθαλπία του συστήματος μεταβάλλεται και τελικά γίνεται ίση με αυτή των προϊόντων. Η μεταβολή σε ενθαλπία για μια αντίδραση κάτω από ορισμένη θερμοκρασία και πίεση (γνωστή ως ενθαλπία αντίδρασης) λαμβάνεται με αφαίρεση της ενθαλπίας των αντιδρώντων από την ενθαλπία των προϊόντων. Θα χρησιμοποιήσουμε το σύμβολο Δ (που σημαίνει μεταβολή σε) και θα γράψουμε τη μεταβολή σε ενθαλπία ως ΔΗ. Σύμφωνα με τα προαναφερθέντα θα ισχύει: ΔΗ = Ητελικό - Ηαρχικό και αφού ξεκινάμε με αντιδρώντα και καταλήγουμε σε προϊόντα, η ενθαλπία αντίδρασης είναι:
ΔΗ = Η (προϊόντων) – H(αντιδρώντων)
Επειδή το Η είναι καταστατική συνάρτηση, η τιμή του ΔΗ είναι ανεξάρτητη από την πορεία της αντίδρασης, εξαρτώμενη μόνο από την αρχική κατάσταση (τα αντιδρώντα) και την τελική κατάσταση (τα προϊόντα).
Η σχέση κλειδί είναι αυτή μεταξύ μεταβολής ενθαλπίας και θερμότητας αντίδρασης:
(κατά απόλυτη τιμή)
ΔΗ = qp
H ενθαλπία αντίδρασης ισούται με τη θερμότητα αντίδρασης υπό σταθερή πίεση.
Ενθαλπία και εσωτερική ενέργεια
Η ενθαλπία Η, ορίζεται επακριβώς ως η εσωτερική ενέργεια U, συν την πίεση Ρ, επί τον όγκο V.
Η = U + PV
Για να κατανοήσουμε αυτή την εξίσωση, ας θεωρήσουμε ένα σύστημα αντίδρασης υπό σταθερή πίεση Ρ. Αν για τις αρχικές ποσότητες (αυτές των αντιδρώντων) χρησιμοποιήσουμε τον δείκτη i και για τις τελικές ποσότητες (αυτές των προϊόντων) τον δείκτη f, τότε θα έχουμε:
ΔΗ = Hf – Hi = (Uf +PVf) – (Ui + PVi)
Γράφοντας τους όμοιους όρους μαζί, η εξίσωση αυτή μετασχηματίζεται σε:
ΔΗ = Hf – Hi = (Uf - Ui) + P(Vf -Vi) = ΔU + PΔV
Όπου έχουμε θέσει ΔU για τη μεταβολή Uf - Ui, και ΔV για τη μεταβολή Vf -Vi. Από την τελευταία εξίσωση προκύπτει εύκολα ότι:
ΔU = ΔΗ – PΔV
Ο τρίτος όρος αυτής της εξίσωσης είναι η ενέργεια που χρειάζεται το σύστημα για να μεταβάλει τον όγκο του έναντι της σταθερής πίεσης της ατμόσφαιρας. Το αρνητικό πρόσημο σημαίνει ότι απαιτείται ενέργεια για να αυξηθεί ο όγκος του συστήματος. Η ενέργεια αυτή ονομάζεται έργο πίεσης - όγκου.
Η εξίσωση λοιπόν λέει ότι η εσωτερική ενέργεια του συστήματος μεταβάλλεται κατά δύο τρόπους. Μεταβάλλεται πρώτον, επειδή ένα ποσό ενέργειας εγκαταλείπει το σύστημα ή εισέρχεται στο σύστημα ως θερμότητα (ΔΗ) και δεύτερον, επειδή ο όγκος του συστήματος αυξάνεται ή ελαττώνεται υπό τη σταθερή πίεση της ατμόσφαιρας (μεταβολή που απαιτεί ενέργεια –PΔV).