Enthalpy: มันคืออะไร, ประเภท, การเปลี่ยนแปลง, ตัวอย่าง

NS เอนทัลปี เป็นฟังก์ชันทางอุณหพลศาสตร์โดยที่ คำนวณความร้อนที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการไอโซบาริกกล่าวคือถูกเก็บไว้ภายใต้ความกดดันอย่างต่อเนื่อง การพัฒนาเกิดขึ้นไม่นานหลังจากการล่มสลายของทฤษฎีแคลอรี่ด้วยความก้าวหน้าของ อุณหพลศาสตร์ ระหว่างปี พ.ศ. 2383 ถึง พ.ศ. 2393

เอนทาลปีสำหรับ อะไรumica, ไม่ได้มีความหมายมากถ้ามันทำงานเป็นค่าสัมบูรณ์และแยกตัวออกมา แต่เมื่อพิจารณา การเปลี่ยนแปลงของมูลค่าในกระบวนการทางเคมี. มีหลายวิธีในการคำนวณความแปรผันของเอนทาลปีของกระบวนการ วิธีหลักคือผ่านพลังงานของการก่อตัว การผูกมัด และโดย ที่นั่นเฮ้ จาก hess.

อ่านด้วย: Gibbs Free Energy คืออะไร?

สรุปเอนทาลปี

• Enthalpy เป็นเครื่องมือทางอุณหพลศาสตร์สำหรับคำนวณความร้อนที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการที่เกิดขึ้นที่ความดันคงที่

• ถูกกำหนดโดยนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน Josiah W. Gibbs ในบริบทของการล่มสลายของทฤษฎีแคลอรี่

• ในวิชาเคมี เราใช้การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีเสมอ ซึ่งแสดงเป็น ΔH

• ปฏิกิริยาเคมีที่ดูดซับความร้อนเรียกว่าดูดความร้อนและมี ΔH > 0

• ปฏิกิริยาเคมีที่ปล่อยความร้อนเรียกว่าคายความร้อนและมี ΔH < 0

บทเรียนวิดีโอเกี่ยวกับเอนทาลปี

เอนทาลปีคืออะไร?

เอนทาลปีซึ่งแสดงโดย H เสมอ เดิมคือ

กำหนดโดยนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน Josiah Willard Gibbsซึ่งเขาเรียกว่าความร้อนที่ความดันคงที่เนื่องจากในคำพูดของเขา:

“ […] การลดลงของฟังก์ชันแสดงถึงความร้อนที่ระบบมอบให้ในทุกกรณีที่ความดันไม่แปรผัน”

จากงานของกิ๊บส์ เราสามารถเข้าใจเอนทาลปีเป็นฟังก์ชันเทอร์โมไดนามิกซึ่ง การแปรผันเป็นตัวเลขเท่ากับปริมาณความร้อนที่แลกเปลี่ยนในระบบ ถึง ความดัน คงที่. ซึ่งหมายความว่าในกระบวนการไอโซบาริก (เช่นกระบวนการทางเคมีส่วนใหญ่) การรู้ คำนวณความแปรผันของฟังก์ชันเอนทาลปี เราสามารถทราบค่าของความร้อนที่แลกเปลี่ยนระหว่างระบบและ ละแวกบ้าน.

รูปภาพที่แสดงภาพของ Josiah Willard Gibbs (1839-1903)

ความสัมพันธ์กับความร้อนทำให้เกิด นักเรียนหลายคนเข้าใจผิดคิดว่าเอนทาลปีมีความหมายเหมือนกันกับ ความร้อน หรือบางอย่าง เช่น ปริมาณพลังงาน ปริมาณความร้อน ความร้อนที่ปล่อยออกมา และความร้อนที่ดูดซับ และอื่นๆ ในทำนองเดียวกัน

เอนทัลปีเกิดขึ้นในบริบทของการล่มสลายของทฤษฎีแคลอรี่ ซึ่งถือว่าความร้อนเป็นสารวัสดุที่ไม่อาจมองข้ามได้ ซึ่งถูกถ่ายโอนจากวัตถุที่อุ่นกว่าไปยังวัตถุที่เย็นกว่า ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีเครื่องมือใหม่ในการคำนวณความร้อน วิธีแก้ปัญหาคือใช้ปริมาณที่กำหนดสมการทางอุณหพลศาสตร์อยู่แล้ว เช่น เอนทัลปี

อ่านด้วย: วิธีการคำนวณการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีของสารละลาย?

การเปลี่ยนแปลงของเอนทาลปี

เนื่องจากเอนทาลปีเป็นเครื่องมือที่ใช้ในการคำนวณความร้อนที่แลกเปลี่ยนในกระบวนการทางเคมี จึงไม่มีเหตุผลที่จะใช้มันเป็นตัวเลขที่แยกได้แน่นอน แต่ เมื่อพิจารณาถึงความแปรผัน กล่าวคือ ในทางปฏิบัติ เราควรประเมินว่าเอนทาลปีเปลี่ยนแปลงไปมากน้อยเพียงใดในเชิงตัวเลขในระหว่างกระบวนการทางเคมี เนื่องจากอุณหพลศาสตร์ทำให้เรามั่นใจได้ว่า การเปลี่ยนแปลงคือ เท่ากับความร้อนที่ปล่อยออกมาหรือดูดซับในกระบวนการ.

พูดอย่างเคร่งครัด เราสามารถกำหนดรูปแบบเอนทาลปีเป็น:

ΔH = H_{สุดท้าย} - ชม_{อักษรย่อ}

เช่นเดียวกับในกระบวนการทางเคมี ขั้นตอนสุดท้ายถือเป็นผลิตภัณฑ์ และขั้นตอนแรกถือเป็นตัวทำปฏิกิริยา เป็นเรื่องปกติที่จะเห็นคำจำกัดความของการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีดังนี้:

ΔH = H_{สินค้า} - ชม_{รีเอเจนต์}

จากมุมมองเชิงปฏิบัติและเชิงสื่อความหมาย ถ้าการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีเป็นบวก (ΔH> 0), เราว่าปฏิกิริยาเคมีคือ ดูดความร้อนกล่าวคือมีการดูดซับความร้อนตลอดกระบวนการ เรียบร้อยแล้ว ถ้าการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีเป็นลบ (ΔH< 0), เราว่าปฏิกิริยาเคมีคือ คายความร้อนนั่นคือความร้อนถูกปล่อยออกมาตลอดกระบวนการ

การแปรผันของเอนทาลปี ในหลายกรณี สังเกตได้จากกราฟ ดังที่แสดงในตัวอย่างต่อไปนี้

ตัวอย่างที่ 1:

แผนภูมิปฏิกิริยาดูดความร้อน

ในกราฟเอนทาลปีสำหรับปฏิกิริยาดูดความร้อน จะเห็นได้ว่าปริมาณเอนทาลปีของผลิตภัณฑ์มากกว่าของสารตั้งต้น ซึ่งบ่งชี้ว่าความแปรผันตามปฏิกิริยานั้นเป็นไปในเชิงบวก ดังนั้น ถ้า ΔH > 0 เราสามารถพูดได้ว่ากระบวนการทางเคมีเกิดขึ้นจากการดูดซับความร้อน

ตัวอย่างที่ 2:

แผนภูมิปฏิกิริยาคายความร้อน:

ในกราฟเอนทาลปีสำหรับปฏิกิริยาคายความร้อน จะเห็นได้ว่าปริมาณเอนทาลปีของผลิตภัณฑ์มีขนาดเล็กกว่าของสารตั้งต้น ซึ่งบ่งชี้ว่าความแปรผันตามปฏิกิริยานั้นเป็นลบ ดังนั้น เมื่อเป็น ΔH < 0 เราสามารถพูดได้ว่ากระบวนการทางเคมีเกิดขึ้นพร้อมกับการปล่อยความร้อน

อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการจำแนกประเภทของปฏิกิริยาเคมีในข้อความ: สำหรับกระบวนการดูดความร้อนและคายความร้อน.

ประเภทของเอนทาลปี

1. การก่อตัวเอนทาลปี

NS การก่อตัวเอนทาลปี é คำนวณ ขึ้นอยู่กับ การเกิดปฏิกิริยาเคมีซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่สารผสมหนึ่งโมลเกิดขึ้นจากสารง่าย ๆ ที่เสถียรที่สุดที่อุณหภูมิห้องและ 1 บรรยากาศของความดัน

ชม₂(g) + ½ O₂ (g) → H₂O (ล.) H°_NS = -286 กิโลจูล/โมล

ข้อได้เปรียบที่ยอดเยี่ยมของเอนทาลปีของการก่อตัวคือสารธรรมดาที่มีความเสถียรมากกว่าที่อุณหภูมิห้องและความดันบรรยากาศ 1 บรรยากาศจะมีเอนทาลปีตกลงให้เป็นศูนย์ นี่ไม่ได้หมายความว่าจริง ๆ แล้วพวกมันเป็นศูนย์ แต่สำหรับการทำให้เข้าใจง่ายและการจัดหมวดหมู่ที่ดีขึ้น พวกเขาได้รับการปฏิบัติเช่นนี้

สิ่งมีชีวิต ชม = โฮ_{สินค้า} - ชม_{รีเอเจนต์}, ถ้าเราพิจารณาแล้ว, ว่า H_{รีเอเจนต์} = 0เราสามารถพูดได้ว่าค่าที่สังเกตได้ของ ΔH เกี่ยวข้องกับผลิตภัณฑ์เท่านั้น ซึ่งในกรณีเหล่านี้ จะเป็นหนึ่งโมลของสารผสมเสมอ ดังนั้นเราจึงตารางค่านี้เป็นค่าความแปรผันของเอนทาลปีมาตรฐานของการก่อตัวของน้ำ ซึ่งแสดงโดย ΔH°_NS.

ด้วยวิธีการนี้เองที่ทำให้สารหลายชนิดมีความผันแปรของ เอนทาลปีมาตรฐาน ตารางการก่อตัวดังที่เราเห็นด้านล่าง

สาร	การก่อตัวเอนทาลปี (ΔH°NS) เป็นกิโลจูล/โมล
CO2 (NS)	-393,4
CaO(s)	-634,9
สูง (ก.)	+25,9
ไม่ (ก.)	+90,1

1. เอนทาลปีผูกพัน

เอนทาลปีที่มีผลผูกพันทำหน้าที่ระบุปริมาณพลังงานที่เกี่ยวข้องกับการแตกหรือการก่อตัวของโมลที่กำหนด พันธะเคมี.

เป็นที่เข้าใจกันว่า ในการสลายพันธะเคมีจำเป็นต้องดูดซับความร้อนเพื่อให้อะตอมของพันธะเพิ่มขึ้น กำลังภายใน และเพิ่มพลังงานจลน์ของคุณ ที่ใหญ่กว่า พลังงานจลน์อะตอมจะสั่นสะเทือนรุนแรงขึ้นทำให้พันธะแตกหัก ดังนั้น การทำลายพันธะทุกครั้งจึงเป็นกระบวนการดูดความร้อน

มิฉะนั้น ในการสร้างพันธะเคมี อะตอมจะสูญเสียอิสระในการเคลื่อนไหวและจำเป็นต้องลดระดับการเคลื่อนไหวลง ส่งผลให้พลังงานจลน์ของอะตอมลดลง พลังงานสำรองจะถูกปล่อยออกมาในรูปของความร้อน ดังนั้น, การเกิดพันธะทั้งหมดเป็นกระบวนการคายความร้อน.

ตารางด้านล่างแสดงค่าพลังงานที่เกี่ยวข้องกับพันธะเคมีแต่ละชนิด

การเชื่อมต่อ	พลังงานยึดเหนี่ยว (kJ/mol)
C-H	412,9
ซี-ซี	347,8
O═O	497,8
F-F	154,6
ไม่	943,8

โปรดทราบว่าไม่มีเครื่องหมายในค่า เนื่องจากอยู่ในโมดูลัส เนื่องจากคุณต้องกำหนดสัญญาณโดยขึ้นอยู่กับว่าลิงก์เสียหรือเกิดขึ้น

1. เอนทาลปีการเผาไหม้

NS เอนทาลปีการเผาไหม้ ทำหน้าที่บ่งบอกถึง ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาจากการเผาไหม้ของสารหนึ่งโมล. ควรสังเกตว่าทุกปฏิกิริยาการเผาไหม้เป็นแบบคายความร้อน เนื่องจากการเผาไหม้ทุกครั้งจะปล่อยความร้อน

CH₄ (g) + 2 O₂ (g) → CO₂ (g) + 2 H₂ΔH°_ค = -889.5 กิโลจูล/โมล

ตารางด้านล่างแสดงค่าเอนทาลปีของการเผาไหม้ของสารเคมีบางชนิด

สาร	เอนทาลปีการเผาไหม้ (ΔH°ค) เป็นกิโลจูล/โมล
เอทานอล - C2ชม5โอไฮโอ (1)	-1368
เบนซิน - C6ชม6 (1)	-3268
ออกเทน - C8ชม18 (1)	-5471
กลูโคส - C6ชม12อู๋6 (NS)	-2808

1. เอนทัลปีของการเปลี่ยนแปลงสภาพร่างกาย

ทุกการเปลี่ยนแปลงในสถานะทางกายภาพเกี่ยวข้องกับการแลกเปลี่ยนความร้อน ดังนั้น เอนทาลปีของการเปลี่ยนแปลงของสภาพร่างกาย ทำหน้าที่บ่งบอกถึง ปริมาณความร้อนที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการเปลี่ยนแปลงสถานะทางกายภาพ.

ตัวอย่างเช่น เรามีการกลายเป็นไอของน้ำ:

ชม₂O (1) → H₂O (g) ΔH = +44 kJ/mol

ในการละลายของน้ำ เรามี:

ชม₂O(s) → H₂O (ล.) ΔH = +7.3 kJ/โมล

ค่าเอนทาลปีมีความสมมาตรสำหรับกระบวนการผกผันซึ่งหมายความว่า ตัวอย่างเช่น การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีในการทำให้เหลวของน้ำคือ -44 กิโลจูล/โมล ในขณะที่ในการทำให้แข็งตัว จะเท่ากับ -7.3 กิโลจูล/โมล

อ่านด้วย: เอนโทรปีคืออะไร?

แก้ไขแบบฝึกหัดเกี่ยวกับเอนทาลปี

คำถามที่ 1 - (UERJ 2018) ความสามารถในการก่อมลพิษของไฮโดรคาร์บอนที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงถูกกำหนดโดยอัตราส่วนระหว่างพลังงานที่ปล่อยออกมากับปริมาณ CO₂ ก่อตัวขึ้นในการเผาไหม้ที่สมบูรณ์ ยิ่งอัตราส่วนสูงเท่าไร ความสามารถในการก่อมลพิษก็จะยิ่งต่ำลง ตารางด้านล่างแสดงเอนทาลปีมาตรฐานของการเผาไหม้ของไฮโดรคาร์บอนสี่ชนิด

จากตาราง ไฮโดรคาร์บอนที่มีความสามารถในการก่อมลพิษต่ำที่สุดคือ:

1. ออกเทน

2. เฮกเซน

3. เบนซิน

4. เพนเทน

ปณิธาน

ทางเลือก D

คำถามระบุว่าความสามารถในการก่อมลพิษถูกกำหนดเป็นอัตราส่วน (ผลหาร) ระหว่างพลังงานที่ปล่อยออกมาและปริมาณของCO₂ ก่อตัวขึ้นในการเผาไหม้ที่สมบูรณ์ ยิ่ง เหตุผลความสามารถในการก่อมลพิษที่ต่ำกว่านั่นคือพลังงานที่ปล่อยออกมาต่อโมลของCO .มากขึ้น₂ สร้างขึ้น

ปฏิกิริยาการเผาไหม้ที่สมบูรณ์ของ ไฮโดรคาร์บอน อ้างถึงคือ:

ออกเทน: ค₈ชม₁₈ +25/2 โอ₂ → 8 CO₂ + 9 ชั่วโมง₂เหตุผล: 5440/8 = 680

เฮกเซน: ค₆ชม₁₄ +19/2 โอ₂ → 6 CO₂ + 7 ชั่วโมง₂เหตุผล: 4140/6 = 690

เบนซิน: ค₆ชม₆ + 15/2 โอ₂ → 6 CO₂ + 3 ชั่วโมง₂เหตุผล: 3270/6 = 545

เพนเทน: ค₅ชม₁₂ + 8 โอ₂ → 5 CO₂ + 6 ชั่วโมง₂เหตุผล: 3510/5 = 702

ดังนั้น เราสามารถสรุปได้ว่าเพนเทนเป็นไฮโดรคาร์บอนที่มีความสามารถในการก่อมลพิษต่ำที่สุด

คำถามที่ 2 - (ศัตรู 2015) การใช้สารตกค้างจากป่ามีความน่าสนใจมากขึ้นทุกวัน เนื่องจากเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียน รูปนี้แสดงถึงการเผาไหม้ของไบโอออยล์ที่สกัดจากเศษไม้ โดยที่ ΔH₁ ความผันแปรของเอนทาลปีอันเนื่องมาจากการเผาไหม้ของไบโอออยล์นี้ 1 กรัม ส่งผลให้เกิดคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำในของเหลว และ ΔH₂ การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีที่เกี่ยวข้องกับการแปลงน้ำ 1 กรัมในสถานะก๊าซเป็นสถานะของเหลว

ความแปรผันของเอนทาลปีในหน่วย kJ สำหรับการเผาไหม้ไบโอออยล์นี้ 5 กรัม ส่งผลให้เกิดCO₂ (ก๊าซ) และ H₂(ก๊าซ) คือ:

ก) -106

ข) -94

ค) -82

ง) -21.2

จ) -16.4

ปณิธาน

ทางเลือก C

จากกราฟที่แสดง เรามี ΔH₁ จากการแปรผันของเอนทาลปีของการเผาไหม้ไบโอออยล์ทำให้เกิดCO₂ (g) และ H₂O (1) และ ΔH₂ เป็นการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีของการทำให้เป็นของเหลวเนื่องจากCO₂ ยังคงเป็นก๊าซและมีเพียงสถานะทางกายภาพของ น้ำ การเปลี่ยนแปลง (จากก๊าซเป็นของเหลว)

แบบฝึกหัดขอให้เปลี่ยนเอนทาลปีของการเผาผลาญไบโอออยล์ 5 กรัม ส่งผลให้เกิดCO₂ (ก๊าซ) และ H₂O (ก๊าซ). จากแผนภาพ การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีนี้สามารถกำหนดได้เป็น ΔH = ΔH₁ - ชม₂. ดังนั้น ค่าของ ΔH จะเท่ากับ -16.4 kJ/g การเปลี่ยนแปลงนี้ ดังที่เราเห็นในหน่วยนี้ สำหรับไบโอออยล์แต่ละกรัม 5 กรัม เราต้องทำ สัดส่วน:

ไบโอออยล์ 1 กรัม -16.4 kJ

ไบโอออยล์ 5 กรัม x

1. x = 5 (-16,4)

x = -82 kJ

จากนั้นเราสามารถทำเครื่องหมายทางเลือก C

โดย Stefano Araújo Novais
ครูสอนเคมี