Enthalpy: wat is het, formule, typen en voorbeelden

Wat is enthalpie?

Enthalpie is de hoeveelheid warmte die een thermodynamisch systeem vrijgeeft of absorbeert uit de omgeving wanneer het onder constante druk staat, waarbij het thermodynamische systeem elk object is.

In de natuurkunde en scheikunde is enthalpie een thermodynamische grootheid waarvan de meeteenheid Joules (J) is en wordt voorgesteld door de letter H.

De formule om de enthalpie te berekenen is:

H = E + PV

Waar:

• H is enthalpie, E is de energie van het thermodynamische systeem, P is de druk van het thermodynamische systeem, V is volume.

In deze formule is het product van de druk vermenigvuldigd met het volume (PV) gelijk aan het mechanische werk dat op het systeem wordt toegepast.

Daarom is de enthalpie gelijk aan de energie van een thermodynamisch systeem plus het mechanische werk dat erop wordt toegepast.

De enthalpie van een systeem kan echter alleen worden gemeten op het moment dat er een energievariatie optreedt. De variatie, voorgesteld door het teken Δ, geeft aanleiding tot een nieuwe formule:

∆H = ∆E + P∆V

Dit betekent dat de variatie in enthalpie (∆H) gelijk is aan de variatie in energie (∆E) plus het mechanische werk dat op het systeem wordt toegepast (P∆V).

Enthalpy komt van het Griekse enthálpō , wat betekent toevoegen of toevoegen van warmte. De term werd voor het eerst bedacht door de Nederlandse natuurkundige Heike Kamerlingh Onnes, winnaar van de Nobelprijs voor natuurkunde in 1913.

Soorten enthalpie

Afhankelijk van de stoffen en processen zijn er verschillende soorten enthalpie. Wanneer bij het proces energie vrijkomt, is het een exotherme reactie, terwijl het vastleggen van energie betekent dat het een endotherme reactie is.

Op basis van het bovenstaande worden enthalpie's ingedeeld in:

Vormingsenthalpie

Het is de energie die nodig is om een ​​mol van een stof te vormen uit de elementen waaruit deze bestaat. Bedenk dat de mol de meeteenheid is van een stof die equivalent is aan 6.023x10 ²³ atomen of moleculen.

Een voorbeeld van formatie-enthalpie is de vereniging van zuurstof (O) en waterstof (H) om water (H ₂ O) te vormen, waarvan de energie- of enthalpie-variatie (ΔH) -285.820 KJ / mol is.

Reactie-enthalpie

Het is de energie die onder constante druk een chemische reactie afgeeft.

Een voorbeeld van reactie-enthalpie is de vorming van methaan (CH4) uit de vereniging van koolstof (C) en waterstof (H):

C + 2H ₂ → CH ₄

Zie ook Chemische reactie.

Enthalpie van oplossing

Verwijst naar de hoeveelheid warmte die vrijkomt of geabsorbeerd wordt door een stof wanneer opgelost in waterige oplossing.

Een voorbeeld van een enthalpie van oplossing is wat er gebeurt bij het oplossen van zwavelzuur (H ₂ SO ₄) in water (H ₂ O). De hoeveelheid energie die vrijkomt door het zuur is zo hoog dat het een oplossing is die gebruikt moet worden met bepaalde veiligheidsmaatregelen.

Enthalpie neutraliseren

Het is de energie die wordt opgevangen of vrijgegeven wanneer een zuur en een base worden gemengd, waardoor ze elkaar neutraliseren.

Een voorbeeld van neutralisatie-enthalpie is wanneer we azijnzuur (CH₃COOH) mengen met bicarbonaat (NaHCO₃).

Zie ook Zuren en basen.

Verbrandingsenthalpie

Het is de energie die vrijkomt wanneer een mol organische stof reageert met zuurstof in de lucht en kooldioxide (CO ₂₎ afgeeft .

Een voorbeeld van verbrandingsenthalpie is die opgewekt door propaangas (C ₃ H ₈), dat energie vrijmaakt die wordt gebruikt als huishoudelijke brandstof:

C ₃ H ₈ + 5 O ₂ → 3CO ₂ + 4 H ₂ O

Vormt 2,044 x 10 ³ kJ / mol

De enthalpie-variatie (ΔH) = -2,044x10 ^ 3 KJ / mol

Zie ook Verbranding.

Ontleding enthalpie

Het is de hoeveelheid warmte of energie die vrijkomt wanneer een mol stof wordt opgesplitst in eenvoudigere elementen.

Een voorbeeld van ontleding enthalpie is wanneer waterstofperoxide of waterstofperoxide ontleedt om water en zuurstof te vormen:

2H ₂ O ₂ → 2H ₂ O + O ₂

96.5KJ / mol worden vrijgegeven

Enthalpie-variatie (ΔH) = 96,5KJ / mol

Enthalpie van ontbinding

Het verwijst naar de hoeveelheid warmte of energie die een stof opvangt of afgeeft wanneer er meer water aan de oplossing wordt toegevoegd.

Een voorbeeld van oplossende enthalpie is wanneer we poedervormig wasmiddel aan het water toevoegen.

Zie ook Chemische oplossing.

Fase-verandering enthalpie

Het verwijst naar de energie-uitwisseling die plaatsvindt wanneer een element van toestand verandert (vast, vloeibaar of gasvormig). In die zin hebben we:

• Enthalpy of fusion: de verandering van enthalpie in de overgang van vast naar vloeibaar Enthalpy van sublimatie: de verandering van enthalpie in de overgang van vast naar gas. Verdampingsenthalpie: de overgang van vloeistof naar gas.

Een voorbeeld van een faseverandering-enthalpie is wat er gebeurt in de waterkringloop, omdat wanneer het van de vloeistof naar de gasvormige of vaste toestand (of een van de mogelijke combinaties) gaat, het water energie afgeeft of absorbeert. In dit geval is de energieverandering in de overgang van het water van vloeistof naar gas bij 100 ° C gelijk aan 40,66 KJ / mol.

Zie ook:

• Endotherme reactie. Exotherme reactie.

Waar is enthalpie voor?

Enthalpy wordt gebruikt om de variaties in energie die in een systeem voorkomen nauwkeurig te meten, zowel bij het opnemen als het afgeven van energie aan de omgeving.

Enthalpy is een complex concept van thermodynamica dat gewoonlijk niet wordt gebruikt in het dagelijks leven, omdat we niet de energie berekenen die nodig is om bijvoorbeeld water voor thee te verwarmen. Het is echter mogelijk om te begrijpen hoe het werkt met een alledaags voorbeeld.

Wanneer we water koken, stijgt de temperatuur geleidelijk totdat het het kookpunt (100 ° C) bereikt. In dit geval hebben we het over negatieve enthalpie, omdat het thermodynamische systeem energie uit de omgeving moest halen om de temperatuur te verhogen.

Aan de andere kant, wanneer we datzelfde water een beetje laten afkoelen nadat het is gekookt, begint de temperatuur geleidelijk te dalen zonder dat er externe tussenkomst nodig is. In dit geval is het een positieve enthalpie, omdat er energie wordt afgegeven aan de omgeving.

Enthalpie en entropie

Entropie is een fysieke grootheid die de hoeveelheid energie meet in een systeem dat niet beschikbaar is. Door deze magnitude te berekenen, is het mogelijk om de mate van wanorde of chaos in de structuur van een systeem te kennen.

De relatie tussen enthalpie en entropie wordt bepaald door het evenwicht van het systeem. Bij minder enthalpie (energie-uitwisseling) neigt het systeem naar evenwicht; maar tegelijkertijd neemt de entropie toe, omdat er een grotere kans op chaos in het systeem is.

Een minimale entropie impliceert daarentegen een lager niveau van chaos en daarom zal de energie-uitwisseling (enthalpie) groter zijn.