Химия - Энтальпия

01 марта 2011


Оглавление:
1. Энтальпия
2. Примеры
3. Инвариантная энтальпия в релятивистской термодинамике



Термодинамические потенциалы
Thermodynamics navigation image.svg
Статья является частью серии «Термодинамика».
Внутренняя энергия
Энтропия
Энтальпия
Свободная энергия Гельмгольца
Энергия Гиббса
Большой термодинамический потенциал
Разделы термодинамики
Начала термодинамики
Уравнение состояния
Термодинамические величины
Термодинамические потенциалы
Термодинамические циклы
Фазовые переходы
править
См. также «Физический портал»

Энтальпия, также тепловая функция и теплосодержание — термодинамический потенциал, характеризующий состояние системы в термодинамическом равновесии при выборе в качестве независимых переменных давления, энтропии и числа частиц.

Проще говоря, энтальпия - это та энергия, которая доступна для преобразования в теплоту при определенных температуре и давлении.

Если термомеханическую систему рассматривать как состоящую из макротела и поршня с грузом весом Р = p S, уравновешивающего давление газа р внутри сосуда, то такая система называется расширенной.

Энтальпия или энергия расширенной системы Е равна сумме внутренней энергии газа U и потенциальной энергии поршня с грузом Eпот = pSx = pV

H = E = U + pV

Таким образом, энтальпия в данном состоянии представляет собой сумму внутренней энергии тела и работы, которую необходимо затратить, чтобы тело объёмом V ввести в окружающую среду, имеющую давление р и находящуюся с телом в равновесном состоянии. Энтальпия системы H — аналогично внутренней энергии и другим термодинамическим потенциалам — имеет вполне определенное значение для каждого состояния, т. е. является функцией состояния. Следовательно, в процессе изменения состояния

ΔH = H2 − H1

Изменение энтальпии не зависит от пути процесса, определяясь только начальным и конечным состоянием системы. Если система каким-либо путём возвращается в исходное состояние, то изменение любого её параметра, являющегося функцией состояния, равно нулю, отсюда ΔH = 0, или же

 \oint \delta H =0

Дифференциал энтальпии, выраженный в собственных переменных — через энтропию S и давление p:

\begin{align}
\mathrm{d}H &= \mathrm{d} \\
 &= \mathrm{d}U+\mathrm{d} \\
 &= \mathrm{d}U+ \\
 &=+ \\
 &= \delta Q+V\,\mathrm{d}p \\
 &= T\,\mathrm{d}S+V\,\mathrm{d}p
\end{align}

Поскольку в квазиравновесных процессах T\, \mathrm{d}S = \delta Q — количество теплоты, подведенной к системе, отсюда вытекает физический смысл введения понятия энтальпии: ее изменение — это тепло, подведенное к системе в изобарическом процессе. Практическое применение этой функции основано на том, что множество химических процессов в реальных или лабораторных условиях реализуются именно при постоянном давлении, когда резервуар открыт. Так, энтальпия образования — количество энергии, которое выделяется или поглощается при образовании сложного вещества из простых веществ.

Все химические реакции сопровождаются выделением или поглощением тепла. Мерой теплоты реакции служит изменение энтальпии ΔН, которая соответствует теплообмену при постоянном давлении. В случае экзотермических реакций система теряет тепло и ΔН — величина отрицательная. В случае эндотермических реакций система поглощает тепло и ΔН — величина положительная.

Энтальпией системы удобно пользоваться в тех случаях, когда в качестве независимых переменных, определяющих состояние системы, выбирают давление р и температуру Т

H = H

В этом случае изменение энтальпии в изобарическом процессе практически удобно рассчитывать, зная теплоемкость при постоянном давлении Cp:  \Delta H = \int\delta Q = \int\limits_{T_1}^{T_2} C_p \mathrm{d} T

При этом используется эмпирическое разложение теплоёмкости в ряд по степеням Т:

 C_p= sum\ a_i*T^i

Энтальпия — величина аддитивная, т. е. для сложной системы равна сумме энтальпий её независимых частей H=\sum H_i. Подобно другим термодинамическим потенциалам, энтальпия определяется с точностью до постоянного слагаемого, которому в термодинамике часто придают произвольные значения. При наличии немеханических сил величина энтальпии системы равна

H = U + pV - \sum X_iy_i

где Xi — обобщённая сила; yi — обобщённая координата.



Просмотров: 6058


<<< Анод