8.1: Ентальпія

Last updated
Save as PDF

Page ID: 21882

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

У главі 7 ми вводимо функцію ентальпії, яку ми визначаємо як

\[H\ =\ E\ +\ PV\]

Коли єдиною можливою формою роботи є тиск - об'ємна робота і зміна системи відбувається при постійному тиску, зміна ентальпії є синонімом тепла, що додається в систему.

\(H=q_P\)(тільки фотоелектричні роботи)

Оскільки ми визначаємо\(C_P={\left({\partial q}/{\partial T}\right)}_P\), то випливає, що\({\left({\partial H}/{\partial T}\right)}_P=C_P\). Згадуючи наше попереднє відкриття\({\left({\partial E}/{\partial T}\right)}_V=C_V\), що, ми маємо важливі паралельні відносини:\[C_P={\left(\frac{\partial q}{\partial T}\right)}_P={\left(\frac{\partial H}{\partial T}\right)}_P\] і

\[C_V={\left(\frac{\partial q}{\partial T}\right)}_V={\left(\frac{\partial E}{\partial T}\right)}_V\]

Ми можемо знайти зміну ентальпії для нагрівання речовини при постійному тиску, інтегруючи його теплоємність з постійним тиском\(C_P\), над зміною температури. Тобто має на\(C_P={\left({\partial H}/{\partial T}\right)}_P\) увазі, що

\[\Delta H=\int^{T_2}_{T_1}{C_PdT}\]Аналогічно ми маємо\[\Delta E=\int^{T_2}_{T_1}{C_VdT}\]

для процесу, в якому речовина нагрівається при постійному обсязі.

Однією з причин того, що функція ентальпії корисна в хімії, є те, що багато процесів здійснюються в умовах (постійний тиск, тільки\(PV\) робота), де зміна ентальпії є синонімом теплообміну. Теплообмін в процесі часто є важливим фактором. Якщо ми хочемо провести ендотермічний процес, ми повинні надати засоби для додавання достатньої кількості

тепло. Якщо ми хочемо здійснити екзотермічний процес, нам, можливо, доведеться зробити спеціальні заходи для безпечної передачі тепла, що виділяється з системи, в її оточення.

Однією з наших головних цілей є прогнозування того, чи може даний процес відбуватися спонтанно. Ми побачимо, що тепло, що еволюціонує в процесі, не є загалом дійсним предиктором того, чи може процес відбуватися спонтанно; однак, правда, дуже екзотермічний процес, як правило, той, який може відбуватися спонтанно. (Ми побачимо, що\(\Delta H<0\) це суворий критерій того, чи може процес відбуватися спонтанно, якщо і лише тоді, коли процес є таким, для якого і ентропія, і тиск залишаються постійними.)