Энтальпия отрицательная что значит

Энтальпия отрицательная что значит

Изменение свободной энергии (ΔG) химической реакции зависит от ряда факторов, в том числе от температуры и концентрации реагентов (см. с. 24). В этом разделе обсуждаются еще два параметра, которые связаны со структурными и энергетическими изменениями молекул.

У многих химических реакций ΔG и ΔН имеют близкие значения (см., например, Б1 ). Это обстоятельство позволяет определять энергетическую ценность пищевых продуктов. В живых организмах пища обычно окисляется кислородом до СО 2 и H 2 O (см. с. 114). Максимальную химическую работу, которую питательные вещества могут совершить в организме, т. е. ΔG реакции окисления компонентов пищи, определяют путем сжигания взятой навески соответствующего вещества в калориметре в атмосфере кислорода. Выделившееся тепло повышает температуру воды в калориметре. По разности температур рассчитывают теплоту реакции (энтальпию сгорания).

Энтропия системы тем выше, чем больше степень неупорядоченности (беспорядка) системы. Таким образом, если процесс идет в направлении увеличения неупорядоченности системы (а повседневный опыт показывает, что это наиболее вероятный процесс), ΔS — величина положительная. Для увеличения степени порядка в системе (ΔS > 0) необходимо затратить энергию. Оба этих положения вытекают из фундаментального закона природы — второго закона термодинамики. Количественно зависимость между изменениями энтальпии, энтропии и свободной энергии описывается уравнением Гиббса-Гельмгольца :

Поясним зависимость этих трех величин на двух примерах.

Источник

Энтальпия

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

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

Энтальпия

Энтальпия обычно используется при изучении изменений состояния с участием энергии системы во многих химических, биологических и физических процессах.

Резюме

Этимология

Мотивация

Следовательно, необходимо предоставить себе консервативную переменную состояния, которая позволяет представить систему через эти преобразования, а также представить влияние самих этих преобразований на общую энергию системы. Эту роль выполняет энтальпия, синтезируя в переменной «черный ящик» комбинированное влияние внутренней энергии, давления и объема. Затем мы рассмотрим описание системы с точки зрения изменения энтальпии, которая, в предположении постоянного давления во время преобразования, обладает замечательным свойством отражать только теплопередачу через границу системы.

Определение

При постоянном давлении работа сил давления равна:

Таким образом, мы определяем новую функцию состояния, функцию энтальпии :

В этом весь смысл применения функции энтальпии в очень распространенных случаях превращений, проводимых на открытом воздухе при постоянном атмосферном давлении.

Это свойство является основой калориметрии постоянного давления, поскольку количество тепла, подводимого к системе, легко измерить экспериментально. Злоупотребляя языком, мы часто путаем термины «тепло» и «энтальпия».

Характеристики

Дифференциал энтальпии

Если система чисто физическая (нет электрохимической сборки, вызывающей электрическую работу), мы получаем:

Энтальпия реакции

>

Пример

Вода здесь рассматривается в жидком состоянии, потому что конечное состояние находится при 25 ° C. Водяной пар, образующийся при сгорании, затем конденсируется в жидкость внутри калориметра, используемого для измерения.

Рассчитаем энтальпию сгорания метана при 298 К при стандартном давлении по закону Гесса :

Стандартная энтальпия образования кислорода равна нулю, потому что это чистое простое вещество, стабильное в выбранных условиях (см. Стандартная энтальпия образования ).

Энтальпия и внутренняя энергия реакции

Существует связь между энтальпией реакции и внутренней энергией реакции:

Стандартное состояние

Изентальпическая релаксация

Источник

Энтальпия идеального газа не зависит от его давления или объема и зависит только от его температуры, которая коррелирует с его тепловой энергией. Реальные газы при обычных температурах и давлениях часто очень близки к этому поведению, что упрощает практическое термодинамическое проектирование и анализ.

СОДЕРЖАНИЕ

Определение

Энтальпия H термодинамической системы определяется как сумма ее внутренней энергии и произведения ее давления и объема:

Добавление d ( pV ) к обеим сторонам этого выражения дает

Другие выражения

Приведенное выше выражение dH в терминах энтропии и давления может быть незнакомо некоторым читателям. Однако есть выражения для более знакомых переменных, таких как температура и давление:

В более общем виде первый закон описывает внутреннюю энергию с дополнительными членами, включающими химический потенциал и количество частиц различных типов. Тогда дифференциальная формулировка для dH становится

Характерные функции

Физическая интерпретация

Отношение к теплу

Приложения

Теплота реакции

Полная энтальпия системы не может быть измерена напрямую; изменение энтальпии из системы измеряется вместо этого. Изменение энтальпии определяется следующим уравнением:

Удельная энтальпия

Изменения энтальпии

Изменение энтальпии описывает изменение энтальпии, наблюдаемое в составляющих термодинамической системы, когда происходит преобразование или химическая реакция. Это разница между энтальпией после завершения процесса, т.е. энтальпией продуктов, предполагающей, что реакция идет до завершения, и начальной энтальпией системы, а именно реагентов. Эти процессы определяются исключительно их начальным и конечным состояниями, так что изменение энтальпии для обратного процесса является отрицательным по сравнению с изменением энтальпии для прямого процесса.

Открытые системы

В термодинамических открытых системах масса (вещества) может вливаться в границы системы и выходить из них. Первый закон термодинамики для открытых систем гласит: увеличение внутренней энергии системы равно количеству энергии, добавленной к системе за счет втекающей массы и нагревания, за вычетом количества, потерянного за счет истечения массы и в форме работы, выполненной системой:

Эти два типа работы выражаются уравнением

Подстановка контрольного объема (cv) в приведенное выше уравнение дает:

Определение энтальпии H позволяет нам использовать этот термодинамический потенциал для учета как внутренней энергии, так и работы pV в жидкостях для открытых систем:

Если мы позволим также границе системы перемещаться (например, из-за движущихся поршней), мы получим довольно общую форму первого закона для открытых систем. В терминах производных по времени он гласит:

с суммами по различным местам k, куда поступает тепло, масса течет в систему и границы движутся. Члены Ḣ _k представляют потоки энтальпии, которые можно записать как

где угловые скобки обозначают средние по времени. Техническое значение энтальпии напрямую связано с ее присутствием в первом законе для открытых систем, сформулированном выше.

Диаграммы

Некоторые базовые приложения

Точки от a до h на рисунке играют важную роль в обсуждении в этом разделе.

Дросселирование

Для установившегося режима потока энтальпия системы (пунктирный прямоугольник) должна быть постоянной. Следовательно

Поскольку массовый расход постоянен, удельные энтальпии по обе стороны от гидравлического сопротивления одинаковы:

Компрессоры

Минимальная мощность, необходимая для сжатия, достигается, если сжатие является обратимым. В этом случае второй закон термодинамики для открытых систем дает

Устранение Q̇ дает минимальную мощность

Соотношение для мощности можно еще более упростить, записав его как

При dh = T ds + v dp это приводит к окончательному соотношению

История

До 1920-х годов символ H использовался несколько непоследовательно для обозначения «тепла» в целом. Определение H как строго ограниченного энтальпией или «теплосодержанием при постоянном давлении» было официально предложено Альфредом В. Портером в 1922 году.

Источник

Что такое энтальпия? (и его 11 видов)

Содержание:

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.

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.

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

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

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.

9. Энтальпия испарения.

10. Энтальпия сублимации.

11. Энтальпия затвердевания.

Как энтальпия связана с энтропией?

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).

5 различий между жидким и кристаллизованным интеллектом

Источник