Όταν εργάζεστε με οποιουσδήποτε υπολογισμούς, υπολογισμούς και προβλέποντας διάφορα φαινόμενα που σχετίζονται με τη θερμική μηχανική, όλοι έρχονται αντιμέτωποι με την έννοια της ενθαλπίας. Αλλά για άτομα των οποίων η ειδικότητα δεν αφορά τη μηχανική θερμικής ενέργειας ή που συναντούν μόνο επιφανειακά τέτοιους όρους, η λέξη «ενθαλπία» θα εμπνεύσει φόβο και φρίκη. Λοιπόν, ας δούμε αν όλα είναι πραγματικά τόσο τρομακτικά και ακατανόητα;
Αν προσπαθήσουμε να το πούμε πολύ απλά, ο όρος ενθαλπία αναφέρεται στην ενέργεια που είναι διαθέσιμη για μετατροπή σε θερμότητα σε μια ορισμένη σταθερή πίεση. Ο όρος ενθαλπία στα ελληνικά σημαίνει «θερμαίνω». Δηλαδή, ο τύπος που περιέχει το στοιχειώδες άθροισμα της εσωτερικής ενέργειας και το έργο που γίνεται ονομάζεται ενθαλπία. Αυτή η τιμή συμβολίζεται με το γράμμα i.
Αν γράψουμε τα παραπάνω σε φυσικές ποσότητες, μετασχηματίσουμε και εξάγουμε τον τύπο, τότε παίρνουμε i = u + pv (όπου u η εσωτερική ενέργεια, p, u η πίεση και ο ειδικός όγκος του ρευστού εργασίας στην ίδια κατάσταση για την οποία λαμβάνεται η εσωτερική ενεργειακή τιμή). Η ενθαλπία είναι μια αθροιστική συνάρτηση, δηλαδή η ενθαλπία ολόκληρου του συστήματος είναι ίση με το άθροισμα όλων των συστατικών του μερών.
Ο όρος «ενθαλπία» είναι πολύπλοκος και πολύπλευρος.
Αλλά αν προσπαθήσεις να το καταλάβεις, τότε όλα θα πάνε πολύ απλά και ξεκάθαρα.
- Πρώτον, για να καταλάβουμε τι είναι η ενθαλπία, αξίζει να γνωρίζουμε τον γενικό ορισμό, τον οποίο κάναμε.
- Δεύτερον, αξίζει να βρούμε τον μηχανισμό για την εμφάνιση αυτής της φυσικής μονάδας, για να καταλάβουμε από πού προήλθε.
- Τρίτον, πρέπει να βρείτε μια σύνδεση με άλλες φυσικές μονάδες που είναι άρρηκτα συνδεδεμένες μαζί τους.
- Και τέλος, τέταρτον, πρέπει να εξετάσετε τα παραδείγματα και τον τύπο.
Λοιπόν, ο μηχανισμός της εργασίας είναι ξεκάθαρος. Απλά πρέπει να διαβάσετε προσεκτικά και να κατανοήσετε. Έχουμε ήδη ασχοληθεί με τον όρο «Ενθαλπία», έχουμε δώσει και τον τύπο του. Αλλά αμέσως προκύπτει ένα άλλο ερώτημα: από πού προήλθε αυτός ο τύπος και γιατί η εντροπία συνδέεται, για παράδειγμα, με την εσωτερική ενέργεια και πίεση;
Ουσία και νόημα
Για να προσπαθήσετε να καταλάβετε τη φυσική έννοια της έννοιας της «ενθαλπίας», πρέπει να γνωρίζετε τον πρώτο νόμο της θερμοδυναμικής:
Η ενέργεια δεν εξαφανίζεται στο πουθενά και δεν προκύπτει από το τίποτα, αλλά περνά μόνο από τη μια μορφή στην άλλη σε ίσες ποσότητες. Ένα τέτοιο παράδειγμα είναι η μετάβαση της θερμότητας (θερμική ενέργεια) σε μηχανική ενέργεια, και το αντίστροφο.
Πρέπει να μετατρέψουμε την εξίσωση του πρώτου θερμοδυναμικού νόμου στη μορφή dq = du + pdv = du + pdv + vdp - vdp = d(u + pv) - vdp. Από εδώ βλέπουμε την έκφραση (u + pv). Είναι αυτή η έκφραση που ονομάζεται ενθαλπία (ο πλήρης τύπος δόθηκε παραπάνω).
Η ενθαλπία είναι επίσης μια ποσότητα κατάστασης, επειδή τα συστατικά u (τάση) και p (πίεση), v (συγκεκριμένος όγκος) έχουν συγκεκριμένες τιμές για κάθε ποσότητα. Γνωρίζοντας αυτό, ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής μπορεί να ξαναγραφτεί με τη μορφή: dq = di - vdp.
Στην τεχνική θερμοδυναμική, χρησιμοποιούνται τιμές ενθαλπίας, οι οποίες υπολογίζονται από το συμβατικά αποδεκτό μηδέν. Είναι πολύ δύσκολο να προσδιοριστούν όλες οι απόλυτες τιμές αυτών των μεγεθών, καθώς για αυτό είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη όλα τα συστατικά της εσωτερικής ενέργειας μιας ουσίας όταν η κατάστασή της αλλάζει από Ο σε Κ.
Ο τύπος και οι τιμές της ενθαλπίας δόθηκαν το 1909 από τον επιστήμονα G. Kamerling-Onnes.
Στην έκφραση i - ειδική ενθαλπία, για ολόκληρη τη μάζα σώματος, η ολική ενθαλπία συμβολίζεται με το γράμμα I, σύμφωνα με το παγκόσμιο σύστημα μονάδων, η ενθαλπία μετριέται σε Joules ανά χιλιόγραμμο και υπολογίζεται ως:
Λειτουργίες
Η ενθαλπία ("Ε") είναι μία από τις βοηθητικές λειτουργίες, χάρη στην οποία ο θερμοδυναμικός υπολογισμός μπορεί να απλοποιηθεί σημαντικά. Για παράδειγμα, ένας τεράστιος αριθμός διαδικασιών παροχής θερμότητας στη μηχανική θερμικής ενέργειας (σε λέβητες ατμού ή στον θάλαμο καύσης αεριοστροβίλων και κινητήρων αεριωθουμένων, καθώς και σε εναλλάκτες θερμότητας) εκτελούνται σε σταθερή πίεση. Για το λόγο αυτό, οι τιμές ενθαλπίας δίνονται συνήθως σε πίνακες θερμοδυναμικών ιδιοτήτων.
Η συνθήκη διατήρησης της ενθαλπίας βασίζεται, συγκεκριμένα, στη θεωρία Joule-Thomson. Ή ένα αποτέλεσμα που έχει βρει σημαντική πρακτική εφαρμογή στην υγροποίηση των αερίων. Έτσι, η ενθαλπία είναι η συνολική ενέργεια του διευρυμένου συστήματος, η οποία είναι το άθροισμα της εσωτερικής ενέργειας και της εξωτερικής - της δυνητικής ενέργειας πίεσης. Όπως κάθε παράμετρος κατάστασης, η ενθαλπία μπορεί να οριστεί από οποιοδήποτε ζεύγος παραμέτρων ανεξάρτητης κατάστασης.
Επίσης, με βάση τους παραπάνω τύπους, μπορούμε να πούμε: «Ε» μιας χημικής αντίδρασης ισούται με το άθροισμα των ενθαλπιών καύσης των αρχικών ουσιών μείον το άθροισμα των ενθαλπιών καύσης των προϊόντων της αντίδρασης.
Στη γενική περίπτωση, μια αλλαγή στην ενέργεια ενός θερμοδυναμικού συστήματος δεν είναι απαραίτητη προϋπόθεση για μια αλλαγή στην εντροπία αυτού του συστήματος.
Εδώ, λοιπόν, αναλύσαμε την έννοια της «ενθαλπίας». Αξίζει να σημειωθεί ότι το «Ε» είναι άρρηκτα συνδεδεμένο με την εντροπία, για την οποία μπορείτε επίσης να διαβάσετε αργότερα.
Ενθαλπία vs Εντροπία
Η περιέργεια είναι μια πτυχή ενός ατόμου που τον βοηθά να ανακαλύψει διάφορα φαινόμενα στον κόσμο. Ένα άτομο κοιτάζει ψηλά στον ουρανό και αναρωτιέται πώς σχηματίζεται η βροχή. Ένα άτομο κοιτάζει το έδαφος και αναρωτιέται πώς μπορούν να αναπτυχθούν τα φυτά. Αυτό είναι ένα καθημερινό φαινόμενο που συναντάμε στη ζωή μας, αλλά εκείνοι οι άνθρωποι που δεν είναι αρκετά περίεργοι δεν προσπαθούν ποτέ να βρουν απαντήσεις γιατί υπάρχουν τέτοια φαινόμενα. Οι βιολόγοι, οι χημικοί και οι φυσικοί είναι μόνο λίγοι άνθρωποι που προσπαθούν να βρουν απαντήσεις. Ο σύγχρονος κόσμος μας είναι πλέον ενσωματωμένος με τους νόμους της επιστήμης όπως η θερμοδυναμική. Η «Θερμοδυναμική» είναι ένας κλάδος της φυσικής επιστήμης που περιλαμβάνει τη μελέτη των εσωτερικών κινήσεων των συστημάτων του σώματος. Πρόκειται για μια μελέτη για τη σχέση της θερμότητας με διάφορες μορφές ενέργειας και εργασίας. Οι εφαρμογές της θερμοδυναμικής εμφανίζονται στη ροή του ηλεκτρισμού και από το απλό γύρισμα και περιστροφή μιας βίδας και άλλων απλών μηχανών. Όσο εμπλέκονται θερμότητα και τριβή, υπάρχει θερμοδυναμική. Οι δύο πιο κοινές αρχές της θερμοδυναμικής είναι η ενθαλπία και η εντροπία. Σε αυτό το άρθρο, θα μάθετε περισσότερα για τις διαφορές μεταξύ ενθαλπίας και εντροπίας.
Σε ένα θερμοδυναμικό σύστημα, το μέτρο της συνολικής του ενέργειας ονομάζεται ενθαλπία. Για τη δημιουργία ενός θερμοδυναμικού συστήματος απαιτείται εσωτερική ενέργεια. Αυτή η ενέργεια χρησιμεύει ως ώθηση ή έναυσμα για τη δημιουργία του συστήματος. Οι μονάδες της ενθαλπίας είναι το joule (Διεθνές Σύστημα Μονάδων) και οι θερμίδες (Βρετανική θερμική μονάδα). «Ενθαλπία» είναι η ελληνική λέξη «ένθαλπος» (να εμφυσώ θερμότητα). Ο Heike Kamerlingh Onnes ήταν το άτομο που επινόησε τη λέξη, ενώ ο Alfred W. Porter ήταν αυτός που επινόησε το σύμβολο "H" για την "ενθαλπία". Σε βιολογικές, χημικές και φυσικές μετρήσεις, η ενθαλπία είναι η πιο προτιμώμενη έκφραση για τις αλλαγές ενέργειας του συστήματος, επειδή έχει την ικανότητα να απλοποιεί συγκεκριμένους ορισμούς μεταφοράς ενέργειας. Δεν είναι δυνατό να επιτευχθεί μια τιμή για τη συνολική ενθαλπία επειδή η συνολική ενθαλπία του συστήματος δεν μπορεί να μετρηθεί άμεσα. Μόνο η μεταβολή της ενθαλπίας είναι το προτιμώμενο μέτρο της ποσότητας, όχι η απόλυτη τιμή της ενθαλπίας. Στις ενδόθερμες αντιδράσεις, υπάρχει μια θετική αλλαγή στην ενθαλπία και στις εξώθερμες, μια αρνητική αλλαγή στην ενθαλπία. Με απλά λόγια, η ενθαλπία ενός συστήματος είναι ισοδύναμη με το άθροισμα της μη μηχανικής εργασίας και της θερμότητας που παρέχεται. Σε σταθερή πίεση, η ενθαλπία ισοδυναμεί με τη μεταβολή της εσωτερικής ενέργειας του συστήματος και του έργου που άσκησε το σύστημα στο περιβάλλον του. Με άλλα λόγια, η θερμότητα μπορεί να απορροφηθεί ή να απελευθερωθεί από μια συγκεκριμένη χημική αντίδραση υπό τέτοιες συνθήκες.
Η «εντροπία» είναι ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής. Αυτός είναι ένας από τους πιο θεμελιώδεις νόμους της φυσικής. Αυτό είναι σημαντικό για την κατανόηση της ζωής και της γνώσης. Αυτό θεωρείται ως ο νόμος της διαταραχής. Στα μέσα του περασμένου αιώνα η «εντροπία» είχε ήδη διατυπωθεί με εκτεταμένες προσπάθειες από τους Clausius και Thomson. Ο Clausius και ο Thomson εμπνεύστηκαν από την παρατήρηση του Carnot για τη ροή που περιστρέφει τον τροχό του μύλου. Ο Carnot δήλωσε ότι η θερμοδυναμική είναι η ροή θερμότητας από υψηλότερες σε χαμηλότερες θερμοκρασίες που κάνει την ατμομηχανή να λειτουργεί. Ο Clausius ήταν αυτός που επινόησε τον όρο «εντροπία». Το σύμβολο για την εντροπία είναι το "S", το οποίο δηλώνει ότι ο κόσμος θεωρείται εγγενώς ενεργός όταν δρα αυθόρμητα για να διαλύσει ή να ελαχιστοποιήσει την παρουσία μιας θερμοδυναμικής δύναμης.
Η «ενθαλπία» είναι η μεταφορά ενέργειας και η «εντροπία» είναι ο νόμος της διαταραχής.
Η ενθαλπία παίρνει το σύμβολο "H" και η εντροπία παίρνει το σύμβολο "S".
Ο Heike Kamerlingh Onnes επινόησε τον όρο «ενθαλπία» και ο Clausius τον όρο «εντροπία».
Εσωτερική ενέργεια (U) μιας ουσίας αποτελείται από την κινητική και δυναμική ενέργεια όλων των σωματιδίων της ουσίας, εκτός από την κινητική και δυναμική ενέργεια της ουσίας στο σύνολό της. Η εσωτερική ενέργεια εξαρτάται από τη φύση της ουσίας, τη μάζα, την πίεση, τη θερμοκρασία της. Στις χημικές αντιδράσεις, η διαφορά στις τιμές της εσωτερικής ενέργειας των ουσιών πριν και μετά την αντίδραση έχει ως αποτέλεσμα τη θερμική επίδραση της χημικής αντίδρασης. Γίνεται διάκριση μεταξύ της θερμικής επίδρασης μιας χημικής αντίδρασης που διεξάγεται σε σταθερό όγκο Q v (ισοχωρική θερμική επίδραση) και της θερμικής επίδρασης μιας αντίδρασης σε σταθερή πίεση Q p (ισοβαρική θερμική επίδραση).
Η θερμική επίδραση σε σταθερή πίεση, λαμβανόμενη με το αντίθετο πρόσημο, ονομάζεται μεταβολή της ενθαλπίας της αντίδρασης (ΔH = -Q p).
Η ενθαλπία σχετίζεται με την εσωτερική ενέργεια H = U + pv, όπου p είναι πίεση και v είναι όγκος.
Εντροπία (S)είναι ένα μέτρο αταξίας στο σύστημα. Η εντροπία ενός αερίου είναι μεγαλύτερη από την εντροπία ενός υγρού και ενός στερεού. Η εντροπία είναι ο λογάριθμος της πιθανότητας ύπαρξης του συστήματος (Boltzmann 1896): S = R ln W, όπου R είναι η καθολική σταθερά αερίου και W είναι η πιθανότητα ύπαρξης του συστήματος (ο αριθμός των μικροκαταστάσεων με τις οποίες μπορεί να πραγματοποιηθεί μια δεδομένη μακροκατάσταση). Η εντροπία μετριέται σε J/molּK και μονάδες εντροπίας (1e.u. =1J/molּK).
Δυναμικό Gibbs (G) ή ισοβαρικό-ισοθερμικό δυναμικό. Αυτή η συνάρτηση της κατάστασης του συστήματος ονομάζεται κινητήρια δύναμη μιας χημικής αντίδρασης. Δυνατότητα Gibbsσχετίζεται με την ενθαλπία και την εντροπία από τη σχέση:
∆G = ∆H – T ∆S, όπου T είναι η θερμοκρασία σε K.
6.4 Οι νόμοι της θερμοχημείας. θερμοχημικούς υπολογισμούς.
Ο νόμος του Hess(Γερμανικά Ivanovich Hess 1840): η θερμική επίδραση μιας χημικής αντίδρασης δεν εξαρτάται από τη διαδρομή κατά την οποία λαμβάνει χώρα η διαδικασία, αλλά εξαρτάται από την αρχική και τελική κατάσταση του συστήματος.
Νόμος Λαβουαζιέ-Λαπλάς: η θερμική επίδραση της μπροστινής αντίδρασης είναι ίση με τη θερμική επίδραση της αντίστροφης αντίδρασης με το αντίθετο πρόσημο.
Ο νόμος του Hess και οι συνέπειές του χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό των αλλαγών στην ενθαλπία, την εντροπία, το δυναμικό Gibbs κατά τη διάρκεια χημικών αντιδράσεων:
∆H = ∑∆H 0 298 (συνέχεια) - ∑∆H 0 298 (πρωτότυπο)
∆S = ∑S 0 298 (συνέχεια) - ∑S 0 298 (πρωτότυπο)
∆G = ∑∆G 0 298 (συνέχεια) - ∑∆G 0 298 (πρωτότυπο)
Η διατύπωση της συνέπειας του νόμου του Hess για τον υπολογισμό της μεταβολής της ενθαλπίας της αντίδρασης: η μεταβολή της ενθαλπίας της αντίδρασης είναι ίση με το άθροισμα των ενθαλπιών σχηματισμού των προϊόντων αντίδρασης μείον το άθροισμα των ενθαλπιών σχηματισμού των αρχικών ουσιών, λαμβάνοντας υπόψη τη στοιχειομετρία.
∆H 0 298 - τυπική ενθαλπία σχηματισμού (η ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται ή απορροφάται κατά τον σχηματισμό 1 mol μιας ουσίας από απλές ουσίες υπό τυπικές συνθήκες). Τυπικές συνθήκες: πίεση 101,3 kPa και θερμοκρασία 25 0 C.
Αρχή Berthelot-Thomsen: όλες οι αυθόρμητες χημικές αντιδράσεις συμβαίνουν με μείωση της ενθαλπίας. Αυτή η αρχή λειτουργεί σε χαμηλές θερμοκρασίες. Σε υψηλές θερμοκρασίες, οι αντιδράσεις μπορούν να προχωρήσουν με αύξηση της ενθαλπίας.
ΔΙΑΛΕΞΗ №8.
Μοτίβα χημικών αντιδράσεων
Εισαγωγή στη θερμοδυναμική. Η έννοια της εντροπίας, ενθαλπίας, ενέργειας Gibbs. Πιθανότητα χημικών αντιδράσεων. Συντελεστές ενθαλπίας και εντροπίας διεργασιών.
Χημική θερμοδυναμική
Το ερώτημα εάν αυτή ή εκείνη η αυθόρμητη αντίδραση είναι καταρχήν δυνατή υπό ορισμένες συνθήκες εξετάζεται από χημική θερμοδυναμική. Για παράδειγμα, η έκρηξη της πυρίτιδας (αλατούρα, θειάφι και κάρβουνο) δεν είναι δυνατή από μόνη της. Υπό κανονικές συνθήκες, η αντίδραση δεν προχωρά. Για να το ξεκινήσετε, χρειάζεστε t °, ή ένα χτύπημα.
Η χημική θερμοδυναμική εξετάζει τη μετάβαση ενός συστήματος από τη μια κατάσταση στην άλλη, αγνοώντας εντελώς τον μηχανισμό μετάβασης. Σχετικά με το πώς λαμβάνει χώρα η μετάβαση των αρχικών ουσιών στα προϊόντα της αντίδρασης και πώς ο ρυθμός εξαρτάται από τις συνθήκες αντίδρασης που εξετάζονται χημική κινητική. Εάν μια αντίδραση είναι θερμοδυναμικά απαγορευμένη, τότε δεν έχει νόημα να εξετάσουμε το ρυθμό της, αυτή η αντίδραση δεν προχωρά αυθόρμητα.
Εάν η αντίδραση είναι θερμοδυναμικά δυνατή, τότε η ταχύτητα μπορεί να αλλάξει, για παράδειγμα, με την εισαγωγή ενός καταλύτη. Θεωρίες, νόμοι, αριθμητικά χαρακτηριστικά είναι απαραίτητα για τον έλεγχο των αντιδράσεων: για την επιβράδυνση των διεργασιών διάβρωσης των μετάλλων ή για τη σύνθεση καυσίμου πυραύλων κ.λπ.
Θερμοδυναμική - η επιστήμη της μετατροπής ορισμένων τύπων ενέργειας και εργασίας σε άλλα. Υπάρχουν 3 νόμοι της θερμοδυναμικής.
Η χημική ουσία ονομάζεται θερμοδυναμικήεξετάζοντας το μετασχηματισμό της ενέργειας και το έργο σε χημικές αντιδράσεις. Για αυτό πρέπει να ξέρετε κρατική λειτουργία.
Λειτουργία κατάστασης ονομάζεται ένα τέτοιο μεταβλητό χαρακτηριστικό του συστήματος, το οποίο δεν εξαρτάται από την προϊστορία του συστήματος και η αλλαγή στην οποία κατά τη μετάβαση του συστήματος από τη μια κατάσταση στην άλλη δεν εξαρτάται από το πώς έγινε αυτή η αλλαγή.
(Σίσυφος, βουνό,
Το ΔΕ μιας πέτρας σε ένα βουνό είναι μια κρατική λειτουργία)
ΔE - δυναμική ενέργεια
ΔE \u003d mg (h 2 -h 1)
Για να είναι δυνατή η χρήση συναρτήσεων κατάστασης, πρέπει να δηλωθούν τα ίδια τα κράτη.
Επιλογές κατάστασης
|
P - πίεση |
|
|
V - όγκος |
μέρος του χώρου που καταλαμβάνει το σύστημα. |
|
ν είναι ο αριθμός των κρεατοελιών |
|
|
T - θερμοκρασία |
Για ένα ιδανικό αέριο, T = 273,16 K για το τριπλό σημείο του νερού. |
|
Т˚ - τυπικό t˚ |
Т˚ = 25˚С = 298,16 Κ |
|
Р˚ - τυπικό Р |
P˚ \u003d 1 atm \u003d 760 mm Hg. = 101,3 kPa |
;
;Λειτουργίες κατάστασης
|
U - εσωτερική ενέργεια |
|
|
H - ενθαλπία |
|
|
S - εντροπία |
|
|
G είναι η ενέργεια Gibbs |
|
A και Q, δηλ. Το έργο και η θερμότητα είναι δύο συναρτήσεις στις οποίες είναι αφιερωμένη η θερμοδυναμική, αλλά δεν είναι συναρτήσεις κατάστασης.
Κάθε σύστημα του οποίου η μετάβαση από τη μια κατάσταση στην άλλη θεωρείται από τη θερμοδυναμική μπορεί να έχει:
Εγώ σταθερός όγκος(δηλαδή, για παράδειγμα, μια σφραγισμένη αμπούλα), V - const.
Οι διεργασίες που συμβαίνουν σε σταθερό όγκο ονομάζονται ισοχωρικός, (ισοχωρικός).
II σταθερή πίεση. ισοβαρήςδιεργασίες (ισοβαρικές), P – const.
III συνεχήςt˚. ισόθερμοςδιεργασίες, Τ - κστ.
Ονομάζονται οι διεργασίες που συμβαίνουν στο σύστημα υπό συνθήκες όπου δεν υπάρχει ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ του συστήματος και του εξωτερικού περιβάλλοντος αδιαβατικός.
Η θερμότητα που λαμβάνεται από το σύστημα θεωρείται θετική και η θερμότητα που εκπέμπεται από το σύστημα στο εξωτερικό περιβάλλον θεωρείται αρνητική. Η θερμότητα ορίζεται από τον αριθμό J (kJ).
Πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής. Ενθαλπία.
Ι νόμος της θερμοδυναμικής - ο νόμος της διατήρησης και του μετασχηματισμού της ενέργειας.
η μεταβολή της εσωτερικής ενέργειας του συστήματος είναι ίση με τη διαφορά μεταξύ της ποσότητας θερμότητας που λαμβάνει το σύστημα από το περιβάλλον και της ποσότητας εργασίας που γίνεται από το σύστημα στο περιβάλλον.
ΔU - σε μια χημική αντίδραση - είναι η μεταβολή της εσωτερικής ενέργειας του συστήματος ως αποτέλεσμα της μετατροπής ορισμένου αριθμού γραμμομορίων των αρχικών ουσιών σε ορισμένο αριθμό γραμμομορίων των προϊόντων της αντίδρασης.
(η διαφορά μεταξύ των ενεργειών της τελικής και αρχικής κατάστασης).
Επειτα 
Εάν η αντίδραση είναι ισοχωρική, τότε V-const και 
(δηλαδή η ποσότητα θερμότητας που λαμβάνεται ή εκχωρείται από το σύστημα).
Εάν η αντίδραση είναι ισόβαρη, τότε λαμβάνει χώρα σε σταθερή εξωτερική πίεση:
Επειτα
Οι περισσότερες χημικές αντιδράσεις λαμβάνουν χώρα υπό ισοβαρικές συνθήκες, δηλ. είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί το Q P και το έργο διαστολής (συμπίεσης).
Για να απλοποιηθεί η κατάσταση στη θερμοδυναμική, υιοθετήθηκε μια νέα συνάρτηση - ενθαλπία Ν.
Η μεταβολή της ενθαλπίας στην αντίδραση θα είναι:
Λαμβάνοντας υπόψη την εξίσωση (1), παίρνουμε
και εφόσον η αντίδραση εξελίσσεται υπό ισοβαρείς συνθήκες, τότε P = const 
.
, αλλά το ξέρουμε 
, ας αντικαταστήσουμε:
, Επειτα
, δηλ. η διαφορά μεταξύ των θερμικών επιδράσεων της ίδιας αντίδρασης, μετρούμενη σε σταθερή πίεση και σταθερό όγκο, είναι ίση με το έργο της διαστολής. Έτσι, η αλλαγή στην ενθαλπία σχετίζεται μοναδικά με την ποσότητα θερμότητας που λαμβάνεται ή εκχωρείται από το σύστημα κατά την ισοβαρική μετάβαση και η αλλαγή στην ενθαλπία ΔΗ συνήθως λαμβάνεται ως μέτρο της θερμικής επίδρασης μιας χημικής αντίδρασης.
Η ζεστασιά μιας φωτιάς, η καύση του ασβεστόλιθου, η φωτοσύνθεση των φυτών και η ηλεκτρόλυση είναι παραδείγματα ανταλλαγής διαφόρων μορφών ενέργειας.
Η θερμική επίδραση μιας χημικής αντίδρασης είναι η μεταβολή της ενέργειας κατά τη διάρκεια της ισοβαρικής μετάπτωσης ενός συγκεκριμένου αριθμού mol των αρχικών ουσιών στον αντίστοιχο αριθμό γραμμομορίων των προϊόντων αντίδρασης(σε J ή kJ).
Μετριέται από τη μεταβολή της ενθαλπίας κατά τη μετάβαση του συστήματος από την κατάσταση των πρώτων υλών στα προϊόντα αντίδρασης. Ταυτόχρονα διατηρείται ο όρος εξω και ενδόθερμη αντίδραση. μετρημένο με θερμιδόμετρο. Τα θερμικά αποτελέσματα των αντιδράσεων που εξελίσσονται προς την εμπρός και την αντίστροφη κατεύθυνση είναι ίσα σε μέγεθος και αντίθετα σε πρόσημο.
H 2 + Cl 2 \u003d 2HCl ΔH \u003d - 184 kJ
2HCl \u003d H 2 + Cl 2 ΔH \u003d + 184 kJ
Ο θεμελιώδης νόμος της θερμοχημείας διατυπώθηκε από τον Hess το 1840.
Τ 
Η θερμική επίδραση μιας αντίδρασης εξαρτάται μόνο από την κατάσταση των αρχικών και τελικών ουσιών και δεν εξαρτάται από τον αριθμό των ενδιάμεσων σταδίων.
Για να ληφθεί 1 mol CO 2, χρειάζονται 1 mol C (tv) και 1 mol O 2 (g).
Συνοψίζοντας τα στάδια και τις ενθαλπίες όλων των σταδίων, διαπιστώνουμε ότι:
Αυτή η διαδικασία ονομάζεται κύκλος. Για να υπολογιστεί η θερμική επίδραση μιας αντίδρασης, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε τις ενθαλπίες αποσύνθεσης των αρχικών ουσιών και τις ενθαλπίες σχηματισμού προϊόντων αντίδρασης από απλές ουσίες. Είναι όμως ίσα σε μέγεθος και διαφορετικά σε πρόσημο, οπότε αρκεί να γνωρίζουμε μία ενθαλπία. Επειδή Η ενθαλπία εξαρτάται από την κατάσταση και τις συνθήκες της, τότε όλες οι καταστάσεις και συνθήκες αναφέρονται στο ίδιο, οι οποίες ονομάζονται τυπικές.
t˚ = 25˚С, P = 101,3 kPa
t˚ η επίδραση μιας χημικής αντίδρασης είναι διαφορέςτο άθροισμα των θερμοτήτων σχηματισμού των προϊόντων αντίδρασης και το άθροισμα των θερμοτήτων σχηματισμού των πρώτων υλών.
Η μετάβαση από την τυπική κατάσταση σε οποιαδήποτε άλλη συνοδεύεται από αύξηση της ενθαλπίας, δηλ. ενδόθερμο θερμικό αποτέλεσμα.
απλές ουσίες είναι ίσες με μηδέν.
Ονομάζεται τυπική ενθαλπία (θερμότητα σχηματισμού).
(˚) - σημαίνει ότι όλες οι ουσίες βρίσκονται σε τυπικές καταστάσεις.
Η ενθαλπία σχηματισμού μιας σύνθετης ουσίας από απλές ουσίες είναι η θερμική επίδραση της αντίδρασης σχηματισμού μιας δεδομένης ουσίας από απλές ουσίες σε πρότυπες καταστάσεις, που σχετίζεται με 1 mole της ουσίας που προκύπτει. . (φά- διαμόρφωση - εκπαίδευση).
Εντροπία
Η εντροπία (S) είναι ανάλογη του λογάριθμου της θερμοδυναμικής πιθανότητας (W) της κατάστασης του συστήματος.
H - σταθερά Boltzmann
Η εντροπία είναι ένα μέτρο της αταξίας ενός συστήματος. Το Entpropy εισάγεται ως συνάρτηση κατάστασης, η αλλαγή της οποίας καθορίζεται από την αναλογία της ποσότητας θερμότητας που λαμβάνεται ή εκχωρείται από το σύστημα στο t - T.
Εάν το σύστημα δέχεται μια ορισμένη ποσότητα θερμότητας σε σταθερό t˚, τότε όλη η θερμότητα πηγαίνει για να αυξήσει την τυχαία, χαοτική κίνηση των σωματιδίων, δηλ. αύξηση της εντροπίας.
II Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής
Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής δηλώνει ότι μόνο τέτοιες διεργασίες μπορούν να συμβούν αυθόρμητα σε ένα απομονωμένο σύστημα που οδηγούν σε αύξηση της εντροπίας.(διαταραγμένο σύστημα).
Η εξάτμιση του αιθέρα από το χέρι προχωρά αυθόρμητα με αύξηση της εντροπίας, αλλά η θερμότητα για μια τέτοια μετάβαση αφαιρείται από το χέρι, δηλ. η διαδικασία είναι ενδόθερμη.
III Ο τρίτος νόμος της θερμοδυναμικής
Η εντροπία ενός ιδανικού κρυστάλλου στο απόλυτο μηδέν είναι μηδέν. Αυτός είναι ο τρίτος νόμος της θερμοδυναμικής.
Το S˚ 298 είναι η τυπική εντροπία, J/(k mol).
Αν το ΔΗ είναι μεγάλο, τότε το ΔS είναι μικρό. Δεν είναι όμως πάντα έτσι. Ο Gibbs εισήγαγε μια νέα συνάρτηση κατάστασης στη θερμοδυναμική - την ενέργεια Gibbs - σολ .
G=H-TS ή ∆G = ∆H – T∆S
Σε κάθε κλειστό σύστημα με σταθερά P και T, μια τέτοια αυθόρμητη διαδικασία είναι δυνατή, η οποία οδηγεί σε μείωση της ενέργειας GibbsΔG και ενθαλπία. ... Γκιμπς. ενθαλπίαΚαι εντροπία παράγοντες, την επιρροή τους σε διαρροή αντιδράσειςσε χαμηλές και υψηλές θερμοκρασίες. 18. Βαθμός δυνατότητεςκαι προϋποθέσεις διαρροές αντιδράσεις ...
Αυτό το εγχειρίδιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ανεξάρτητη εργασία από μαθητές μη χημικών ειδικοτήτων.
Εγγραφοεπικρατούσες παράγοντας α. Ενέργεια Γκιμπςχρησιμεύει ως κριτήριο για την αυθόρμητη διαρροές χημική ουσία αντιδράσειςμε ισοβαρικό - ισοθερμικό διαδικασίες. Χημική ουσία αντίδρασηθεμελιωδώς δυνατόν, Αν ενέργεια Γκιμπςμειώνεται...
Μεθοδολογικές οδηγίες Οι εκπαιδευτικές συνεδρίες για το μάθημα «Θεωρητικές βάσεις της Χημείας» αποτελούνται από διαλέξεις, σεμινάρια, εργαστηριακές εργασίες, εργασίες όρου και εργασίες για το σπίτι
Κατευθυντήριες γραμμές... έννοια σχετικά με εντροπία, απόλυτη εντροπίαουσίες (S°t) και εντροπία διαδικασίες(S°t). Ενέργεια Γκιμπςως μέτρο χημική ουσίασυγγένεια. Αλλαγή ενέργεια Γκιμπςσε διαφορετικά διαδικασίες, εντροπίαΚαι ενθαλπία παράγοντες. Υπολογισμός G°298 και S °298 διαδικασίες ...
... Η αντιδράσεις. έννοια σχετικά με εντροπία. Απόλυτος εντροπίακαι την εξάρτησή του από τη δομή της ύλης. Αλλαγή εντροπίασε διαφορετικά διαδικασίες. Ενέργεια Γκιμπς, η σύνδεσή του με εντροπίαΚαι ενθαλπία. ενθαλπίαΚαι εντροπία παράγοντες επεξεργάζομαι, διαδικασία ...
Το πρόγραμμα της εισαγωγικής εξέτασης στο μεταπτυχιακό πρόγραμμα στην κατεύθυνση 050100 Επιστημονική εκπαίδευση
Πρόγραμμα... διαδικασίες. Ενέργεια και κατεύθυνση χημική ουσία διαδικασίες Χημική ουσία θερμοδυναμική. Κύριος έννοιες θερμοδυναμική: Σύστημα, επεξεργάζομαι, διαδικασία, παράμετρος, κατάσταση. Λειτουργίες κατάστασης συστήματος: Εσωτερική ενέργειαΚαι ενθαλπία ...
Ενθαλπία, Επίσης θερμική λειτουργίαΚαι περιεκτικότητα σε θερμότητα- θερμοδυναμικό δυναμικό που χαρακτηρίζει την κατάσταση του συστήματος σε θερμοδυναμική ισορροπία όταν επιλέγονται ως ανεξάρτητες μεταβλητές η πίεση, η εντροπία και ο αριθμός των σωματιδίων.
Με απλά λόγια, η ενθαλπία είναι εκείνη η ενέργεια που είναι διαθέσιμη για μετατροπή σε θερμότητα σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία και πίεση.
Εάν το θερμομηχανικό σύστημα θεωρείται ότι αποτελείται από ένα μακροσώμα (αέριο) και ένα έμβολο με εμβαδόν μικρόμε ένα φορτίο βάρους P = pS, εξισορρόπηση της πίεσης αερίου Rμέσα στο σκάφος, τότε ένα τέτοιο σύστημα ονομάζεται επεκτάθηκε.
Ενθαλπία ή ενέργεια ενός διευρυμένου συστήματος μιισούται με το άθροισμα της εσωτερικής ενέργειας του αερίου Uκαι δυναμική ενέργεια του εμβόλου με το φορτίο μιιδρώτας = psx = pV
Έτσι, η ενθαλπία σε αυτή την κατάσταση είναι το άθροισμα της εσωτερικής ενέργειας του σώματος και του έργου που πρέπει να δαπανηθεί έτσι ώστε ο όγκος του σώματος Vεισέλθουν σε περιβάλλον υπό πίεση Rκαι σε ισορροπία με το σώμα. Ενθαλπία συστήματος H- παρόμοια με την εσωτερική ενέργεια και άλλα θερμοδυναμικά δυναμικά - έχει μια καλά καθορισμένη τιμή για κάθε κατάσταση, δηλαδή είναι συνάρτηση της κατάστασης. Επομένως, στη διαδικασία αλλαγής του κράτους
Παραδείγματα
| Χημική ένωση | Φάση (ουσίες) | Χημική φόρμουλα | Δ H φά 0 kJ/mol |
|---|---|---|---|
| Αμμωνία | διαλυμένο | NH3 (NH4OH) | −80.8 |
| Αμμωνία | αεριώδης | NH3 | −46.1 |
| Ανθρακικό νάτριο | στερεός | Na2CO3 | −1131 |
| Χλωριούχο νάτριο (αλάτι) | διαλυμένο | NaCl | −407 |
| Χλωριούχο νάτριο (αλάτι) | στερεός | NaCl | −411.12 |
| Χλωριούχο νάτριο (αλάτι) | υγρό | NaCl | −385.92 |
| Χλωριούχο νάτριο (αλάτι) | αεριώδης | NaCl | −181.42 |
| Υδροξείδιο του νατρίου | διαλυμένο | NaOH | −469.6 |
| Υδροξείδιο του νατρίου | στερεός | NaOH | −426.7 |
| νιτρικό νάτριο | διαλυμένο | NaNO 3 | −446.2 |
| νιτρικό νάτριο | στερεός | NaNO 3 | −424.8 |
| Διοξείδιο του θείου | αεριώδης | SO2 | −297 |
| Θειικό οξύ | υγρό | H2SO4 | −814 |
| Πυρίτιο | στερεός | SiO2 | −911 |
| διοξείδιο του αζώτου | αεριώδης | ΟΧΙ 2 | +33 |
| μονοξείδιο του αζώτου | αεριώδης | ΟΧΙ | +90 |
| Νερό | υγρό | H2O | −286 |
| Νερό | αεριώδης | H2O | −241.8 |
| Διοξείδιο του άνθρακα | αεριώδης | CO2 | −393.5 |
| Υδρογόνο | αεριώδης | Η2 | 0 |
| Φθόριο | αεριώδης | F2 | 0 |
| Χλώριο | αεριώδης | Cl2 | 0 |
| Βρώμιο | υγρό | Br2 | 0 |
| Βρώμιο | αεριώδης | Br2 | 0 |
Αμετάβλητη ενθαλπία στη σχετικιστική θερμοδυναμική
Κατά την κατασκευή της σχετικιστικής θερμοδυναμικής (λαμβάνοντας υπόψη την ειδική θεωρία της σχετικότητας), συνήθως η πιο βολική προσέγγιση είναι η χρήση της λεγόμενης αμετάβλητης ενθαλπίας - για ένα σύστημα που βρίσκεται σε ένα συγκεκριμένο σκάφος.
Σε αυτή την προσέγγιση, η θερμοκρασία ορίζεται ως αμετάβλητη Lorentz. Η εντροπία είναι επίσης αμετάβλητη. Δεδομένου ότι τα τοιχώματα επηρεάζουν το σύστημα, η πιο φυσική ανεξάρτητη μεταβλητή είναι η πίεση, και επομένως είναι βολικό να λαμβάνεται η ενθαλπία ως θερμοδυναμικό δυναμικό.
Για ένα τέτοιο σύστημα, η «συνήθης» ενθαλπία και ορμή του συστήματος σχηματίζουν ένα 4-διάνυσμα και η αμετάβλητη συνάρτηση αυτού του 4-διανύσματος λαμβάνεται για τον προσδιορισμό της αμετάβλητης ενθαλπίας, η οποία είναι η ίδια σε όλα τα πλαίσια αναφοράς:
Η βασική εξίσωση της σχετικιστικής θερμοδυναμικής γράφεται με βάση το αμετάβλητο διαφορικό ενθαλπίας ως εξής:
Χρησιμοποιώντας αυτή την εξίσωση, μπορεί κανείς να λύσει οποιοδήποτε πρόβλημα θερμοδυναμικής κινούμενων συστημάτων εάν η συνάρτηση είναι γνωστή.
δείτε επίσης
Πηγές
- Bolgarsky A. V., Mukhachev G. A., Shchukin V. K., «Θερμοδυναμική και μεταφορά θερμότητας», Εκδ. 2ο, αναθεωρημένο. και επιπλέον Μόσχα: Ανώτατο Σχολείο, 1975, 495 σελ.
- Kharin A. N., Kataeva N. A., Kharin L. T., ed. καθ. Kharina A. N. "Μάθημα Χημείας", Μ .: "Γυμνάσιο", 1975, 416 σελ.
Σημειώσεις
Ίδρυμα Wikimedia. 2010 .
Συνώνυμα:Δείτε τι είναι το "Enthalpy" σε άλλα λεξικά:
Ενθαλπία- (από το ελληνικό enthalpo I heat), η συνάρτηση κατάστασης ενός θερμοδυναμικού συστήματος, η μεταβολή του οποίου σε σταθερή πίεση είναι ίση με την ποσότητα θερμότητας που παρέχεται στο σύστημα, επομένως η ενθαλπία ονομάζεται συχνά συνάρτηση θερμότητας ή θερμική περιεκτικότητα. .. ... Εικονογραφημένο Εγκυκλοπαιδικό Λεξικό
- (από το ελληνικό enthalpo I heat) μια συνάρτηση με μία τιμή H της κατάστασης ενός θερμοδυναμικού συστήματος με ανεξάρτητες παραμέτρους εντροπίας S και πίεση p, σχετίζεται με την εσωτερική ενέργεια U με τη σχέση H = U + pV, όπου V είναι ο όγκος του συστήματος. Σε σταθερή αλλαγή p ...... Μεγάλο Εγκυκλοπαιδικό Λεξικό
- (ονομασία Η), η ποσότητα της θερμοδυναμικής (θερμικής) ενέργειας που περιέχεται στην ουσία. Σε κάθε σύστημα, η ενθαλπία ισούται με το άθροισμα της εσωτερικής ενέργειας και το γινόμενο της πίεσης και του όγκου. Μετράται ως προς την αλλαγή (συνήθως αύξηση) στο ποσό των ... ... Επιστημονικό και τεχνικό εγκυκλοπαιδικό λεξικό
Θερμικό λεξικό ρωσικών συνωνύμων. ουσιαστικό ενθαλπίας, αριθμός συνωνύμων: 1 περιεκτικότητα σε θερμότητα (1) Λεξικό συνωνύμων ASIS… Συνώνυμο λεξικό
ΕΝΘΑΛΠΙΑ- (από το ελληνικό enthalpo I heat) οικοσυστήματα, η λειτουργική κατάσταση του οικοσυστήματος, που καθορίζει την περιεκτικότητά του σε θερμότητα. Η ενθαλπία είναι μια εκτεταμένη ιδιότητα ενός οικοσυστήματος. Οικολογικό εγκυκλοπαιδικό λεξικό. Κισινάου: Η κύρια έκδοση του Μολδαβικού Σοβιετικού ... ... Οικολογικό λεξικό
ενθαλπία- Συνάρτηση της κατάστασης ενός θερμοδυναμικού συστήματος, ίση με το άθροισμα της εσωτερικής ενέργειας και του γινόμενου όγκου και πίεσης. Σημείωση Η ενθαλπία είναι μια χαρακτηριστική συνάρτηση εάν η εντροπία και η πίεση είναι ανεξάρτητες παράμετροι. [Σύνταξη…… Εγχειρίδιο Τεχνικού Μεταφραστή
- (από το ελληνικό enthalpo I heat) (θερμική περιεκτικότητα, θερμική συνάρτηση Gibbs), θερμοδυναμικό δυναμικό που χαρακτηρίζει την κατάσταση του μακροσκοπικού. συστήματα στη θερμοδυναμική ισορροπία όταν επιλέγουμε ως κύριες ανεξάρτητες μεταβλητές την εντροπία S και ... ... Φυσική Εγκυκλοπαίδεια
