אנתלפיה: מה זה, נוסחה, סוגים ודוגמאות

מהי אנטלפיה?

אנתלפיה היא כמות החום שמערכת תרמודינמית משחררת או סופגת מהסביבה המקיפה אותה כאשר היא נמצאת בלחץ קבוע, מתוך הבנה על ידי המערכת התרמודינמית כל אובייקט.

בפיזיקה וכימיה, אנטלפיה היא כמות תרמודינמית שיחידת המידה שלה היא הג'ול (J) ומיוצג על ידי האות ח '.

הנוסחה לחישוב האנטלפיה היא:

H = E + PV

איפה:

• H הוא אנטלפיה.
• E היא האנרגיה של המערכת התרמודינמית.
• P הוא הלחץ של המערכת התרמודינמית.
• V הוא הנפח.

בנוסחה זו, תוצר הלחץ מוכפל בנפח (PV), שווה לעבודה המכנית המופעלת על המערכת.

לָכֵן, אנטלפיה שווה לאנרגיה של מערכת תרמודינמית בתוספת העבודה המכנית המופעלת עליה.

עם זאת, ניתן למדוד את האנטלפיה של מערכת רק ברגע בו מתרחש שינוי אנרגטי. הווריאציה, המיוצגת על ידי הסימן Δ, מולידה נוסחה חדשה:

∆H = ∆E + P∆V

משמעות הדבר היא שהשינוי באנטלפיה (∆H) שווה לשינוי האנרגיה (∆E) בתוספת העבודה המכנית המופעלת על המערכת (P∆V).

אנתלפיה מגיעה מיוונית enthálpō, שפירושו להוסיף או להוסיף חום. את המונח טבע לראשונה הפיזיקאי ההולנדי הייקה קאמרלינג אננס, זוכה פרס נובל לפיזיקה בשנת 1913.

סוגי אנטלפיה

ישנם מספר סוגים של אנטלפיה בהתאם לחומרים ולתהליכים המעורבים. כאשר התהליך כרוך בשחרור אנרגיה, מדובר בתגובה אקסותרמית, ואילו לכידת האנרגיה פירושה שזו תגובה אנדותרמית.

בהתבסס על האמור לעיל, אנטלפיות מסווגות ל:

אנטלפיה גיבוש

האנרגיה היא זו הנדרשת ליצירת שומה של חומר מהיסודות המרכיבים אותה. נזכיר כי השומה היא יחידת המידה של החומר השווה 6.023x10²³ אטומים או מולקולות.

דוגמה לאנתלפיה של היווצרות הוא האיחוד של חמצן (O) ומימן (H) ליצירת מים (H₂O), שאנרגיית האנרגיה או האנטלפיה שלו (ΔH) היא -285,820 KJ / mol.

אנלפיית תגובה

זו האנרגיה המשתחררת על ידי תגובה כימית בלחץ קבוע.

דוגמה לאנטלפיית תגובה הוא היווצרות מתאן (CH4) מאיחוד הפחמן (C) ומימן (H):

C + 2H₂ → CH₄

ראה גם תגובה כימית.

אנלפתית פיתרון

הכוונה היא לכמות החום שמוותרת על ידי חומר או נספגת כאשר הוא מתמוסס בתמיסה מימית.

דוגמה לאנתלפיה של פתרונות הוא מה שקורה בעת המסת חומצה גופרתית (H₂SW₄במים (ח₂אוֹ). כמות האנרגיה שמשחררת החומצה היא כה גבוהה עד שהיא פיתרון שיש להשתמש בו באמצעי בטיחות מסוימים.

אנטלפיה נטרול

האנרגיה נלכדת או משתחררת כאשר חומצה ובסיס מתערבבים, מנטרלים זה את זה.

דוגמה לאנתלפיה של ניטרול זה כאשר אנו מערבבים חומצה אצטית (CH₃COOH) עם ביקרבונט (NaHCO₃).

ראה גם חומצות ובסיסים.

אנתלפיית הבעירה

זו האנרגיה המשתחררת כאשר שומה אחת של חומר אורגני מגיבה עם חמצן באוויר ומשחררת פחמן דו חמצני (CO_2).

דוגמה לאנטלפיה של בעירה הוא זה שנוצר על ידי גז פרופאן (C₃ה₈), המשחררת אנרגיה המשמשת כדלק ביתי:

ג₃ה₈ + 5 O₂ → 3CO₂+ 4H₂אוֹ

חינם 2,044 x 10³ KJ / mol

שינוי האנטלפיה (ΔH) = -2.044x10 3 KJ / mol

ראה גם בעירה.

אנלפיה דעיכה

זוהי כמות החום או האנרגיה שמשתחררים כאשר שומה של חומר מתפרקת לאלמנטים פשוטים יותר.

דוגמה לאנתלפיה של פירוק זה כאשר מי חמצן או מי חמצן מתפרקים ליצירת מים וחמצן:

2H₂אוֹ₂→ 2H₂O + O₂

96.5KJ / mol משתחררים

שינוי האנטלפיה (ΔH) = 96.5KJ / mol

אנתלפיה של פירוק

הכוונה היא לכמות החום או האנרגיה שחומר לוכד או מוותר כאשר מוסיפים עוד מים לתמיסה.

דוגמה לאנתלפיה של פירוק זה כאשר אנו מוסיפים אבקת ניקוי אבקת למים.

ראה גם פתרון כימי.

אנטלפיה של שינוי שלב

הכוונה היא לחילופי האנרגיה המתרחשת כאשר אלמנט משנה את מצבו (מוצק, נוזלי או גז). במובן זה יש לנו:

• אנטלפיית היתוך: שינוי האנטלפיה במעבר ממצב מוצק לנוזל
• אנתלפיית סובלימציה: שינוי האנטלפיה במעבר ממוצק לגז.
• אנתלפיית אידוי: המעבר מנוזל לגז.

דוגמה לאנתלפיה של שינוי פאזה זה מה שקורה במחזור המים, שכן כאשר עוברים מנוזל למצב גזי או מוצק (או כל אחד מהשילובים האפשריים שלהם) מים משחררים או סופגים אנרגיה. במקרה זה, שינוי האנרגיה במעבר מים מנוזל לגז ב 100 מעלות צלזיוס שווה 40.66 KJ / mol.

ראה גם:

• תגובה אנדותרמית.
• תגובה אקסותרמית.

בשביל מה נועד אנלפיה

אנתלפיה משמשת למדידה מדויקת של וריאציות האנרגיה המתרחשות במערכת, בזמן לקיחת או שחרור אנרגיה לסביבה.

אנתלפיה היא מושג מורכב בתרמודינמיקה שמשמש לעתים רחוקות בחיי היומיום, מכיוון שאיננו מחשבים את האנרגיה הנדרשת לחימום מים לתה, למשל. עם זאת, ניתן להבין כיצד זה עובד עם דוגמה יומיומית.

כשאנחנו מרתיחים מים הטמפרטורה שלהם עולה בהדרגה עד שהם מגיעים לנקודת הרתיחה (100 מעלות צלזיוס). במקרה זה, אנו מדברים על אנטלפיה שלילית, מכיוון שהמערכת התרמודינמית נאלצה לקחת אנרגיה מהסביבה על מנת להגביר את הטמפרטורה שלה.

מצד שני, כאשר אנו נותנים לאותם מים להתקרר מעט לאחר רתיחתם, הטמפרטורה שלהם מתחילה לרדת בהדרגה ללא צורך בהתערבות חיצונית. במקרה זה מדובר באנטלפיה חיובית, מכיוון שאנרגיה משתחררת לסביבה.

אנטלפיה ואנטרופיה

אנטרופיה היא כמות פיזית המודדת את כמות האנרגיה במערכת שאינה זמינה. על ידי חישוב גודל זה ניתן לדעת את מידת ההפרעה או הכאוס במבנה המערכת.

הקשר בין אנטלפיה לאנטרופיה ניתן על ידי שיווי המשקל של המערכת. באנטלפיה תחתונה (חילופי אנרגיה), המערכת נוטה לשיווי משקל; אך יחד עם זאת האנטרופיה גוברת, שכן קיימת אפשרות גדולה יותר של כאוס במערכת.

מצידה, אנטרופיה מינימלית מרמזת על רמה נמוכה יותר של כאוס ולכן חילופי האנרגיה (אנטלפיה) יהיו גדולים יותר.