Enthalpie: Was ist das? Formel, Typen und Beispiele

Was ist Enthalpie?

Die Enthalpie ist die Wärmemenge, die ein thermodynamisches System bei konstantem Druck an die Umgebung abgibt oder von dieser absorbiert, wobei das thermodynamische System ein beliebiges Objekt ist.

In der Physik und Chemie ist die Enthalpie eine thermodynamische Größe, deren Maßeinheit Joule (J) ist und durch den Buchstaben H dargestellt wird.

Die Formel zur Berechnung der Enthalpie lautet:

H = E + PV

Wo:

• H ist die Enthalpie, E ist die Energie des thermodynamischen Systems, P ist der Druck des thermodynamischen Systems, V ist das Volumen.

In dieser Formel ist das Produkt des Drucks multipliziert mit dem Volumen (PV) gleich der mechanischen Arbeit, die auf das System ausgeübt wird.

Daher entspricht die Enthalpie der Energie eines thermodynamischen Systems zuzüglich der darauf ausgeübten mechanischen Arbeit.

Die Enthalpie eines Systems kann jedoch nur zu dem Zeitpunkt gemessen werden, zu dem eine Energieänderung auftritt. Die Variation, dargestellt durch das Vorzeichen Δ, führt zu einer neuen Formel:

∆H = ∆E + P∆V

Dies bedeutet, dass die Variation der Enthalpie (∆H) gleich der Variation der Energie (∆E) plus der auf das System ausgeübten mechanischen Arbeit (P∆V) ist.

Die Enthalpie kommt vom griechischen Enthálpō , was bedeutet, Wärme hinzuzufügen oder hinzuzufügen. Der Begriff wurde erstmals von der niederländischen Physikerin Heike Kamerlingh Onnes geprägt, die 1913 den Nobelpreis für Physik erhielt.

Arten von Enthalpie

Abhängig von den beteiligten Substanzen und Prozessen gibt es verschiedene Arten von Enthalpie. Wenn der Prozess die Freisetzung von Energie beinhaltet, handelt es sich um eine exotherme Reaktion, während die Erfassung von Energie bedeutet, dass es sich um eine endotherme Reaktion handelt.

Auf der Grundlage des oben Gesagten werden Enthalpien klassifiziert in:

Bildungsenthalpie

Es ist die Energie, die benötigt wird, um aus den Elementen, aus denen es besteht, ein Mol einer Substanz zu bilden. Denken Sie daran, dass das Mol die Maßeinheit der Substanz ist, die 6,023 x 10 ²³ Atomen oder Molekülen entspricht.

Ein Beispiel für die Bildungsenthalpie ist die Vereinigung von Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H) zu Wasser (H ₂ O), dessen Energie- oder Enthalpievariation (ΔH) -285.820 KJ / mol beträgt.

Reaktionsenthalpie

Es ist die Energie, die unter konstantem Druck eine chemische Reaktion auslöst.

Ein Beispiel für die Reaktionsenthalpie ist die Bildung von Methan (CH4) aus der Vereinigung von Kohlenstoff (C) und Wasserstoff (H):

C + 2H ₂ → CH ₄

Siehe auch Chemische Reaktion.

Lösungsenthalpie

Bezieht sich auf die Wärmemenge, die von einer Substanz freigesetzt oder absorbiert wird, wenn sie in wässriger Lösung gelöst wird.

Ein Beispiel für die Lösungsenthalpie ist das Auflösen von Schwefelsäure (H ₂ SO ₄) in Wasser (H ₂ O). Die von der Säure freigesetzte Energiemenge ist so hoch, dass es sich um eine Lösung handelt, die mit bestimmten Sicherheitsmaßnahmen verwendet werden muss.

Neutralisierende Enthalpie

Es ist die Energie, die eingefangen oder freigesetzt wird, wenn eine Säure und eine Base gemischt werden und sich gegenseitig neutralisieren.

Ein Beispiel für eine Neutralisationsenthalpie ist das Mischen von Essigsäure (CH₃COOH) mit Bicarbonat (NaHCO₃).

Siehe auch Säuren und Basen.

Verbrennungsenthalpie

Es ist die Energie, die freigesetzt wird, wenn ein Mol organischer Substanz mit Luftsauerstoff reagiert und Kohlendioxid (CO ₂₎ freisetzt .

Ein Beispiel für eine Verbrennungsenthalpie ist die durch Propangas (C ₃ H ₈) erzeugte, das Energie freisetzt, die als Haushaltsbrennstoff verwendet wird:

C ₃ H ₈ + 5 O ₂ → 3CO ₂ + 4H ₂ O.

Freisetzt 2.044 x 10 ³ KJ / mol

Die Enthalpievariation (ΔH) = -2,044 × 10 3 KJ / mol

Siehe auch Verbrennung.

Zersetzungsenthalpie

Es ist die Menge an Wärme oder Energie, die freigesetzt wird, wenn ein Mol Substanz in einfachere Elemente zerlegt wird.

Ein Beispiel für eine Zersetzungsenthalpie ist die Zersetzung von Wasserstoffperoxid oder Wasserstoffperoxid unter Bildung von Wasser und Sauerstoff:

2H ₂ O ₂ → 2H ₂ O + O ₂

96,5 kJ / mol werden freigesetzt

Enthalpievariation (ΔH) = 96,5 kJ / mol

Enthalpie der Auflösung

Es bezieht sich auf die Menge an Wärme oder Energie, die ein Stoff einfängt oder abgibt, wenn der Lösung mehr Wasser zugesetzt wird.

Ein Beispiel für die Auflösungsenthalpie ist die Zugabe von Waschmittelpulver zum Wasser.

Siehe auch Chemische Lösung.

Phasenwechselenthalpie

Es bezieht sich auf den Energieaustausch, der auftritt, wenn ein Element seinen Zustand ändert (fest, flüssig oder gasförmig). In diesem Sinne haben wir:

• Fusionsenthalpie: die Änderung der Enthalpie beim Übergang von fest zu flüssig Enthalpie der Sublimation: die Änderung der Enthalpie beim Übergang von fest zu gasförmig. Verdunstungsenthalpie: der Übergang von Flüssigkeit zu Gas.

Ein Beispiel für eine Phasenwechselenthalpie ist das, was im Wasserkreislauf geschieht, da das Wasser beim Übergang vom flüssigen in den gasförmigen oder festen Zustand (oder eine seiner möglichen Kombinationen) Energie freisetzt oder absorbiert. In diesem Fall beträgt die Energieänderung beim Übergang des Wassers von Flüssigkeit zu Gas bei 100 ° C 40,66 KJ / mol.

Siehe auch:

• Endotherme Reaktion. Exotherme Reaktion.

Wofür ist Enthalpie?

Die Enthalpie wird verwendet, um die Schwankungen der Energie, die in einem System auftreten, genau zu messen, wenn Energie in die Umgebung aufgenommen oder an diese abgegeben wird.

Die Enthalpie ist ein komplexes Konzept der Thermodynamik, das im Alltag normalerweise nicht angewendet wird, da wir beispielsweise nicht die Energie berechnen, die zum Erhitzen von Wasser für Tee benötigt wird. Es ist jedoch möglich zu verstehen, wie es mit einem alltäglichen Beispiel funktioniert.

Wenn wir Wasser kochen, steigt seine Temperatur allmählich an, bis es den Siedepunkt (100 ° C) erreicht. In diesem Fall handelt es sich um eine negative Enthalpie, da das thermodynamische System der Umgebung Energie entziehen musste, um seine Temperatur zu erhöhen.

Wenn wir andererseits dasselbe Wasser nach dem Kochen etwas abkühlen lassen, beginnt seine Temperatur allmählich zu sinken, ohne dass ein externer Eingriff erforderlich ist. In diesem Fall handelt es sich um eine positive Enthalpie, da Energie an die Umwelt abgegeben wird.

Enthalpie und Entropie

Entropie ist eine physikalische Größe, die die Energiemenge in einem System misst, die nicht verfügbar ist. Durch Berechnung dieser Größe ist es möglich, den Grad der Störung oder des Chaos in der Struktur eines Systems zu kennen.

Die Beziehung zwischen Enthalpie und Entropie ist durch das Gleichgewicht des Systems gegeben. Bei geringerer Enthalpie (Energieaustausch) neigt das System zum Gleichgewicht; Gleichzeitig nimmt jedoch die Entropie zu, da im System eine größere Wahrscheinlichkeit von Chaos besteht.

Eine minimale Entropie impliziert ihrerseits ein geringeres Chaos, und daher ist der Energieaustausch (Enthalpie) größer.