Enthalpie

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M??canique statistique

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Dans la thermodynamique et la chimie mol??culaire , l'enthalpie ou de chaleur contenu (not??e H, 'h', ou rarement comme χ) est un quotient ou la description de potentiel thermodynamique d'un syst??me qui peut ??tre utilis?? pour calculer le travail "utile" pouvant ??tre obtenue ?? partir d'un ferm?? syst??me thermodynamique sous pression constante.

Le terme enthalpie est compos?? de l'en- pr??fixe, ce qui signifie de ??mettre en?? et le grec mot -thalpein, qui signifie ??chaleur??, bien que la d??finition originale est pens?? pour avoir d??coul?? du mot, "enthalpos" (ἐνθάλπος). Il est souvent calcul?? comme une somme diff??rentielle, d??crivant les changements au sein de exo- et endo thermiques r??actions, qui minimisent ?? l'??quilibre.

Histoire

Au dessus de l'histoire de la thermodynamique, plusieurs termes ont ??t?? utilis??s pour d??signer ce qui est maintenant connu comme l'enthalpie d'un syst??me. ?? l'origine, on pensait que le mot "enthalpie" a ??t?? cr???? par ??mile Clapeyron et Rudolf Clausius par la publication de la Formule de Clapeyron dans "Les Tables de vapeur Mollier et diagrammes" en 1827 , mais il a ensuite ??t?? publi?? que le premier enregistrement de la parole ??tait encore dans 1875 , par Josiah Willard Gibbs dans la publication ??Chimie physique: un Trait?? avanc??e", bien qu'il ne est pas r??f??renc?? dans Gibbs travaille directement. En 1909 , Keith Landler discut?? de travail sur la ??Gibbs fonction de la chaleur pour une pression constante?? et a not?? que Heike Kamerlingh Onnes avait invent?? son nom moderne de la Gr??ce mot ??enthalpos" (ενθαλπος) signifiant "mettre la chaleur dans."

D??finition originale

Ce est le changement de chaleur qui se produit lorsque 1 mole d'une substance r??agit compl??tement avec de l'oxyg??ne pour former des produits ?? 298 K et 1 atm. La fonction H a ??t?? introduit par le physicien n??erlandais Heike Kamerlingh Onnes en d??but du 20??me si??cle sous la forme suivante:

$H = E + pV, \,$

o?? E repr??sente l'??nergie du syst??me. En l'absence d'un champ ext??rieur, l'enthalpie peut ??tre d??finie, comme il est g??n??ralement connu, par:

$H = U + pV, \,$

o?? (toutes les unit??s indiqu??es dans SI)

H est l'enthalpie ( joules)
U est la ??nergie interne, (joules)
p est la la pression du syst??me, ( pascals)
V est le volume de ( m??tres cubes)

Application et formule ??tendue

Vue d'ensemble

En termes de thermodynamique, enthalpie peut ??tre calcul?? en d??terminant les besoins pour cr??er un syst??me de ??n??ant??; le travail m??canique requis, $pV$ diff??re, en fonction de la constance des conditions pr??sentes ?? la cr??ation de la syst??me thermodynamique.

L'??nergie interne, $U$ , Doivent ??tre fournis pour enlever les particules d'une environnant afin de laisser un espace pour la cr??ation d'un syst??me, ?? condition que des variables environnementales, comme la pression ( $p$ ) Restent constants. Cette ??nergie interne comprend ??galement l'??nergie n??cessaire ?? l'activation et la coupure de compos??s li??s en esp??ces gazeuses.

Ce processus est calcul??e dans les calculs que enthalpie $U + pV$ , D'??tiqueter la quantit?? d'??nergie ou de travail n??cessaire pour "mettre de c??t?? l'espace pour" et "cr??er" le syst??me; d??crivant le travail accompli ?? la fois par la r??action ou la formation de syst??mes, et les environs. Pour les syst??mes ?? pression constante, le changement d'enthalpie est la chaleur re??ue par le syst??me ainsi que le travail non-m??canique qui a ??t?? fait.

Par cons??quent, le changement d'enthalpie peut ??tre con??u ou repr??sent?? sans la n??cessit?? pour les m??caniciens de compression ou d'expansion; pour un syst??me simple, avec un nombre constant de particules, la diff??rence d'enthalpie est la quantit?? maximale d'??nergie thermique obtenue ?? partir d'un processus thermodynamique dans lequel la pression est maintenue constante.

Le terme $p$ $V$ est le travail n??cessaire pour d??placer l'atmosph??re environnante afin de lib??rer l'espace qui sera occup?? par le syst??me.

Relations

Comme une extension de la premi??re loi de la thermodynamique , enthalpie peut ??tre li??e ?? plusieurs autres formules thermodynamiques. Comme avec la d??finition originale de la premi??re loi;

$\ Mathrm {d} U = \ delta Q - \ delta W \,$

Lorsque, tel que d??fini par la loi;

$\ Mathrm {d} U$ repr??sente l'augmentation de la infinit??simale ??nergie syst??matique ou interne.

$\ Delta Q$ repr??sente la quantit?? infinit??simale de l'??nergie attribu??e ou ajout??e au syst??me.

$\ Delta W$ repr??sente la quantit?? infinit??simale d'??nergie agi par le syst??me sur les environs.

Par expression de diff??renciation, la valeur de H peut ??tre d??finie comme

$\ Mathrm {d} H = \ mathrm {d} U + (p \, \ mathrm {d} V + V \ mathrm {d} p) \!$

$= (\ Delta Q - p \, \ mathrm {d} V) + (p \, \ mathrm {d} V + V \ mathrm {d} p) \!$

$= \ Delta Q + V \ mathrm {d} p = T \ mathrm {d} S + V \ mathrm {d} p \!$

O??

$\ Delta$ repr??sente le diff??rentielle inexacte.	$U$ est le ??nergie interne,
$\ Delta Q = T \ mathrm {d} S$ est l'??nergie ajout??e par le chauffage au cours d'une processus r??versible,	$\ Delta W = p \ mathrm {d} V$ est le travail effectu?? par le syst??me dans un processus r??versible.
$\ Mathrm {d} S$ est l'augmentation de l'entropie (joules par kelvin),	$p$ est la pression constante
$\ Mathrm {d} V$ est un le volume infinit??simal	$T$ est la temp??rature (Kelvin)

Pour un processus qui ne est pas r??versible, la deuxi??me loi de la thermodynamique affirme que l'augmentation de la chaleur $\ Delta Q$ est inf??rieur ou ??gal au produit $T \ mathrm {d} S$ de la temp??rature $T$ et l'augmentation de l' entropie $\ Mathrm {d} S$ ; ainsi

$\ Mathrm {d} H = \ delta Q + V \ mathrm {d} p \ le T \ mathrm {d} S + V \ mathrm {d} p \,$

On voit que, si un processus thermodynamique est isobarique (ie, se produit ?? pression constante), puis $\ Mathrm {d} p$ est z??ro et ainsi

$\ Mathrm {d} H = \ delta Q \ le T \ mathrm {d} S \,$

La diff??rence d'enthalpie est le atteignable d'??nergie thermique maximale du syst??me dans un processus isobarique. Cela explique pourquoi il est parfois appel?? le contenu de chaleur. Autrement dit, l'int??grale de $\ Mathrm {d} H$ sur toute isobar dans l'espace de l'Etat est le atteignable d'??nergie thermique maximale du syst??me.

Si, en outre, l' entropie est maintenu constant aussi bien, ce est ?? dire, $\ Mathrm {d} S = 0$ , L'??quation ci-dessus devient:

$\ Mathrm {d} H \ le 0 \,$

avec l'??galit?? tenant ?? l'??quilibre. On voit que l'enthalpie d'un syst??me g??n??ral de fa??on continue ?? diminuer sa valeur minimale, ce qui maintient ?? l'??quilibre.

Dans une forme plus g??n??rale, la premi??re loi d??crit l'??nergie interne des conditions suppl??mentaires impliquant la potentiel chimique et le nombre de particules de diff??rents types. La d??claration diff??rentiel pour $\ Mathrm {d} H$ est alors:

$dH = \ delta Q + V \ mathrm {d} p + \ sum_i \ mu_i \, \ mathrm {d} N_i \ le T \ mathrm {d} S + V \ mathrm {d} p + \ sum_i \ mu_i \, \ mathrm {d} N_i \,$

o?? $\ Mu_i$ est le potentiel chimique d'une particule de type i, et $N_i$ est le nombre de telles particules. On voit que, non seulement le $V \ mathrm {d} p$ terme ??tre mis ?? z??ro en obligeant la pression des ??tats initiaux et finaux de la m??me, mais la $\ Mu_i \ mathrm {d} N_i$ termes doivent ??tre z??ro ainsi, en exigeant que les num??ros de particules restent inchang??es. Toute autre g??n??ralisation va ajouter encore plus de termes dont le mandat diff??rentiel est consid??rable doit ??tre mis ?? z??ro pour que l'interpr??tation de l'enthalpie ?? tenir.

Chaleurs de r??action

L'enthalpie totale d'un syst??me ne peut pas ??tre mesur?? directement; la variation d'enthalpie d'un syst??me est mesur?? ?? la place. Variation d'enthalpie est d??finie par l'??quation suivante:

$\ Delta H = H_ \ mathrm {final} - H_ \ mathrm {initiale} \,$

o??

Δ H est le changement d'enthalpie

H est l'enthalpie _finale finale du syst??me, mesur??e en joules. Dans une r??action chimique, H est l'enthalpie _finale des produits.

H est l'enthalpie _initiale initiale du syst??me, mesur??e en joules. Dans une r??action chimique, H est l'enthalpie _initiale des r??actifs.

Pour un exothermique r??action constants la pression, le changement d'enthalpie dans le syst??me est ??gale ?? l'??nergie lib??r??e lors de la r??action, y compris l'??nergie retenue dans le syst??me et perdu par l'expansion par rapport ?? ses environs. D'une mani??re similaire, pour une r??action endothermique, le changement d'enthalpie dans le syst??me est ??gale ?? l'??nergie absorb??e dans la r??action, y compris l'??nergie perdue par le syst??me de compression et obtenu ?? partir de son environnement. Une mani??re relativement facile de d??terminer si oui ou non une r??action est exothermique ou endothermique est de d??terminer le signe de Δ H. Si Δ est positif H, la r??action est endothermique, ce est la chaleur est absorb??e par le syst??me en raison des produits de la r??action ayant une plus grande enthalpie de r??actifs. D'autre part, si Δ H est n??gatif, la r??action est exothermique, ce est la diminution de l'enthalpie globale est obtenue par la g??n??ration de chaleur.

Bien enthalpie est couramment utilis?? dans l'ing??nierie et la science, il est impossible de mesurer directement, comme enthalpie a aucune donn??e (point de r??f??rence). Par cons??quent enthalpie pr??cision ne peut ??tre utilis?? dans un syst??me ferm??. Cependant, quelques applications du monde r??el existent dans l'isolement ferm??, et ce est pour cette raison que deux ou plusieurs syst??mes ferm??s ne peuvent pas ??tre compar??s ?? l'aide enthalpie de base, bien que parfois cela se fait tort.

Les syst??mes ouverts

En thermodynamique des syst??mes ouverts, la mati??re peut se ??couler dans et hors des limites du syst??me. La premi??re loi de la thermodynamique pour les syst??mes ouverts qui suit: l'augmentation de l'??nergie interne d'un syst??me est ??gale ?? la quantit?? d'??nergie ajout??e au syst??me par les mati??res se ??coulant dans et par chauffage, moins la quantit?? perdue par la mati??re qui se ??coule et dans la forme . des travaux effectu??s par le syst??me La premi??re loi pour les syst??mes ouverts est donn??e par:

$\ Mathrm {d} U = \ mathrm {d} {U_ dans} - \ mathrm {d} {U_ out} + \ delta Q- \ delta W \,$

o?? _U est l'??nergie interne moyenne ?? l'entr??e du syst??me et U _out est l'??nergie interne moyenne laissant le syst??me

Pendant , le fonctionnement r??gulier et continu, un bilan ??nerg??tique appliqu??e ?? un syst??me ouvert ??quivaut travaux arbre effectu??e par le syst??me de la chaleur ajout??e ainsi enthalpie ajout??e nette.

La r??gion de l'espace d??limit??e par les fronti??res entre syst??mes ouverts est g??n??ralement appel?? un volume de contr??le, et il peut ou peut ne pas correspondre aux murs physiques. Si l'on choisit la forme du volume de commande de telle sorte que tout ??coulement avant ou arri??re se produit perpendiculairement ?? sa surface, puis l'??coulement de la mati??re dans le syst??me ex??cute un travail comme si ce ??tait un piston de fluide masse poussant dans le syst??me, et le syst??me effectue travaux sur le flux de la mati??re comme se il ??tait au volant d'une piston du fluide. Il ya alors deux types de travaux effectu??s: Travaux de flux d??crit ci-dessus, qui est effectu??e sur le fluide (ce est ??galement souvent appel?? $pV$ travail) et l'arbre de travail qui peut ??tre effectu?? sur un certain dispositif m??canique.

Ces deux types de travaux sont exprim??s dans l'??quation:

$\ Delta W = \ mathrm {d} (p_ {} sur V_ {out}) - \ mathrm {d} (p_ {} en {V_ dans}) + \ delta W_ {arbre} \,$

Remplacement dans l'??quation ci-dessus pour les rendements cv de volume de commande:

$\ Mathrm {d} {U_ cv} = \ mathrm {d} {U_ dans} + \ mathrm {d} (p_ {} en {V_ dans}) - \ mathrm {d} {U_ out} - \ mathrm {d } (p_ {} sur V_ {out}) + \ delta Q- \ delta W_ {arbre} \,$

La d??finition de l'enthalpie, H, nous permet d'utiliser ce potentiel thermodynamique pour tenir compte ?? la fois l'??nergie et $pV$ travailler dans les fluides pour les syst??mes ouverts:

$\ Mathrm {d} {U_ cv} = \ mathrm {d} {H_ dans} - \ mathrm {d} {H_ out} + \ delta Q- \ delta W_ {arbre} \,$

Pendant fonctionnement en r??gime permanent d'un dispositif (voir turbine, pompe , et moteur), l'expression ci-dessus peut ??tre r??gl?? ??gal ?? z??ro. On obtient une expression utile pour la la production d'??nergie ou d'une exigence pour ces dispositifs en l'absence de r??actions chimiques:

$\ Frac {\ delta W_ {arbre}} {\ mathrm {d} t} = \ frac {\ mathrm {d} {H_ dans}} {\ mathrm {d} t} - \ frac {\ mathrm {d} H_ {sur}} {\ mathrm {d} t} + \ frac {\ delta Q} {\ mathrm {d} t} \,$

Cette expression est d??crite par le sch??ma ci-dessus.

Variations d'enthalpie standard

D??finitions

Changement d'enthalpie standard de la combustion

Enthalpie standard de combustion est d??finie comme la variation d'enthalpie observ?? dans un syst??me thermodynamique lorsque constituant une mole d'une substance br??le compl??tement en raison de l'oxyg??ne sous des conditions standard.

Changement d'enthalpie standard d'hydrog??nation

Enthalpie standard d'hydrog??nation est la variation d'enthalpie observ?? dans un syst??me thermodynamique constituant, quand une mole d'un compos?? insatur?? r??agit compl??tement avec un exc??s d'hydrog??ne dans des conditions classiques pour former un compos?? satur??.

Changement d'enthalpie standard de formation

Variation d'enthalpie standard de formation est d??finie comme la variation d'enthalpie observ?? dans un syst??me thermodynamique lorsque constituant une mole d'un compos?? est form?? ?? partir de ses ant??c??dents ??l??mentaires dans des conditions standard.

Changement Enthalpie de r??action

Variation d'enthalpie standard de r??action (not?? H ?? ou H ~~^o)~~ est la variation d'enthalpie qui se produit dans un syst??me o?? 1 ??quivalent de la mati??re est transform??e par une r??action chimique sous des conditions standard.

Enthalpie Lattice

Treillis enthalpie est l'enthalpie requise n??cessaire pour s??parer une mole d'un compos?? ionique en ions gazeux s??par??s ?? une distance infinie de l'autre (ce qui signifie aucune force d'attraction) dans des conditions standard. .

Un changement de norme commune est l'enthalpie variation d'enthalpie standard de formation, qui a ??t?? d??termin??e pour un grand nombre de substances. La variation d'enthalpie de r??action dans toutes les conditions peut ??tre calcul??e, ??tant donn?? la variation d'enthalpie standard de formation de tous les r??actifs et produits.

D'autres types de changement enthalpie standard incluent la combustion ( changement norme enthalpie de combustion), la neutralisation ( changement norme enthalpie de neutralisation), de fusion / cong??lation ( changement enthalpie standard de la fusion), vaporisation / condensation ( changement norme enthalpie de vaporisation), atomisation ( changement norme enthalpie de pulv??risation), m??lange ( changement norme enthalpie de m??lange), la dissolution ( changement enthalpie standard de la solution), et d??naturation (de changement enthalpie standard de d??naturation).

Exemples: compos??s inorganiques (?? 25 ?? C)

Compos?? chimique	Phase (mati??re)	Formule chimique	Δ H _f ⁰ en kJ / mol
L'ammoniac (hydroxyde d'ammonium)	aq	NH ₃ (NH ₄ OH)	-80,8
Ammoniac	g	NH ₃	-46,1
Sulfate de cuivre (II)	aq	CuSO ₄	-769,98
Le carbonate de sodium	s	Na ₂ CO ₃	-1131
Le chlorure de sodium (sel de table)	aq	NaCl	-407
Le chlorure de sodium (sel de table)	s	NaCl	-411,12
Le chlorure de sodium (sel de table)	l	NaCl	-385,92
Le chlorure de sodium (sel de table)	g	NaCl	-181,42
L'hydroxyde de sodium	aq	NaOH	-469,6
L'hydroxyde de sodium	s	NaOH	-426,7
Le nitrate de sodium	aq	NaNO ₃	-446,2
Le nitrate de sodium	s	NaNO ₃	-424,8
Le dioxyde de soufre	g	SO ₂	-297
Acide sulfurique	l	H ₂ SO ₄	-814
Silice	s	SiO ₂	-911
Le dioxyde d'azote	g	NO ₂	33
Le monoxyde d'azote	g	NO	90
Eau	l	H ₂ O	-286
Eau	g	H ₂ O	-241,8
Le dioxyde de carbone	g	CO ₂	-393,5
Hydrog??ne	g	H ₂	0
Fluor	g	F ₂	0
Chlore	g	Cl ₂	0
Brome	l	Br ₂	0
Brome	g	Br ₂	31
Iode	s	Je ai ₂	0
Iode	g	Je ai ₂	62
Sulfate de zinc	aq	ZnSO ₄	-980,14

(??tat: g = gazeux; l = liquide; s = solide; aq = aqueuse)

Enthalpie sp??cifique

L'enthalpie sp??cifique d'un masse de travail est une propri??t?? de cette masse utilis?? dans la thermodynamique , d??finie comme $h = u + p \ cdot v$ o?? u est l'??nergie interne sp??cifique, p est la pression, et v est le volume sp??cifique. Autrement dit, $h = H / m$ o?? $m$ est la masse du syst??me. Le Unit?? SI de enthalpie sp??cifique est joules par kilogramme.

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