Entalpia: què és, fórmula, tipus i exemples

Què és Entalpia?

Entalpia és la quantitat de calor que un sistema termodinàmic allibera o absorbeix de l'entorn que l'envolta quan està a una pressió constant, entenent per sistema termodinàmic qualsevol objecte.

En física i química, l'entalpia és una magnitud termodinàmica la unitat de mesura és el Joules (J) i es representa amb la lletra H.

La fórmula per calcular l'entalpia és:

H = E + PV

A on:

• H és entalpía.E és l'energia de sistema termodinámico.P és la pressió de sistema termodinámico.V és el volum.

En aquest fórmula, el producte de la pressió multiplicada pel volum (PV), és igual a la feina mecànic que s'aplica a el sistema.

Per tant, l'entalpia és igual a l'energia d'un sistema termodinàmic més el treball mecànic que se li aplica.

No obstant això, l'entalpia d'un sistema només pot mesurar-se en el moment en què ocorre una variació d'energia. La variació, representada amb el signe Δ, dóna lloc a una nova fórmula:

ΔH = ΔE + PΔV

Això vol dir que la variació de l'entalpia (ΔH) és igual a la variació de l'energia (ΔE) més el treball mecànic aplicat a sistema (PΔV).

Entalpia ve de el grec enthálpō , que significa afegir o sumar calor. El terme va ser encunyat per primera vegada pel físic neerlandès Heike Kamerlingh Onnes, guanyador de el premi Nobel de Física en 1913.

Tipus d'entalpia

Hi ha diversos tipus d'entalpia segons les substàncies i processos involucrats. Quan el procés involucra l'alliberament d'energia, es tracta d'una reacció exotèrmica, mentre que la captació d'energia vol dir que es tracta d'una reacció endotèrmica.

En funció de l'anterior, les entalpies es classifiquen en:

Entalpia de formació

És l'energia que es requereix per formar un mol d'una substància a partir dels elements que la componen. Recordem que el mol és la unitat de mesura de substància equivalent a 6,023x10 ²³ àtoms o molècules.

Un exemple d'entalpia de formació és la unió d'oxigen (O) i hidrogen (H) per formar aigua (H ₂ O), la variació d'energia o entalpia (ΔH) és de 285.820 KJ / mol.

Entalpia de reacció

És l'energia que allibera una reacció química sotmesa a una pressió constant.

Un exemple d'entalpia de reacció és la formació de metà (CH4) a partir de la unió de carboni (C) i hidrogen (H):

C + 2H ₂ → CH ₄

Veure també Reacció química.

Entalpia de solució

Es refereix a la quantitat de calor cedida o absorbida per una substància quan es dissol en solució aquosa.

Un exemple d'entalpia de solució és el que passa a l'dissoldre àcid sulfúric (H ₂ SO ₄) en aigua (H ₂ O). La quantitat d'energia alliberada per l'àcid és tan alta que es tracta d'una solució que ha de ser utilitzada amb certes mesures de seguretat.

Entalpia de neutralització

És l'energia que es capta o s'allibera quan es barregen un àcid i una base, neutralitzant.

Un exemple d'entalpia de neutralització és quan barregem àcid acètic (CH₃COOH) amb bicarbonat (NaHCO₃).

Veure també Àcids i bases.

Entalpia de combustió

És l'energia alliberada quan un mol de substància orgànica reacciona amb l'oxigen de l'aire i allibera diòxid de carboni (CO _2).

Un exemple d'entalpia de combustió és la generada pel gas propà (C ₃ H ₈), que allibera energia que s'utilitza com a combustible domèstic:

C ₃ H ₈ + 5 O ₂ → 3CO ₂ + 4H ₂ O

Allibera 2,044 x 10 ³ KJ / mol

La variació d'entalpia (ΔH) = -2.044x10 ^ 3 KJ / mol

Veure també Combustió.

Entalpia de descomposició

És la quantitat de calor o energia que s'allibera quan un mol de substància es descompon en elements més simples.

Un exemple d'entalpia de descomposició és quan es descompon l'aigua oxigenada o peròxid d'hidrogen per formar aigua i oxigen:

2H ₂ O ₂ → 2H ₂ O + O ₂

S'alliberen 96.5KJ / mol

La variació d'entalpia (ΔH) = 96.5KJ / mol

Entalpia de dissolució

Es refereix a la quantitat de calor o energia que capta o cedeix una substància quan s'agrega més aigua a la solució.

Un exemple d'entalpia de dissolució és quan afegim detergent en pols a l'aigua.

Veure també Solució química.

Entalpia de canvi de fase

Es refereix a l'intercanvi energètic que passa quan un element canvia d'estat (sòlid, líquid o gasós). En aquest sentit tenim:

• Entalpia de fusió: el canvi d'entalpia en la transició d'estat sòlid a líquid Entalpia de sublimació: el canvi d'entalpia en la transició de sòlid a gas. Entalpia d'evaporació: el pas de líquid a gas.

Un exemple d'entalpia de canvi de fase és el que passa en el cicle de l'aigua, ja que a el passar l'estat líquid a gasós o sòlid (o qualsevol de les seves combinacions possibles) l'aigua allibera o absorbeix energia. En aquest cas, el canvi d'energia en la transició de l'aigua de líquid a gas a 100 ° C és igual a 40,66 KJ / mol.

Veure també:

• Reacció endotérmica.Reacción exotèrmica.

Per a què serveix l'entalpia

L'entalpia serveix per mesurar amb exactitud les variacions d'energia que es produeixen en un sistema, bé sigui a l'hora de prendre o alliberar energia a l'ambient.

L'entalpia és un concepte complex de la termodinàmica que no se sol utilitzar en la vida quotidiana, ja que no vam calcular l'energia necessària per escalfar l'aigua per al te, per exemple. No obstant això, sí que és possible entendre com funciona amb un exemple quotidià.

Quan bullim aigua, la seva temperatura va ascendint progressivament fins a arribar a el punt d'ebullició (100 ° C). En aquest cas, estem parlant d'entalpia negativa, ja que el sistema termodinàmic va haver de prendre energia de l'entorn per poder augmentar la seva temperatura.

En canvi, quan deixem que aquesta mateixa aigua es refredi una mica després d'haver estat bullida, la seva temperatura comença a baixar progressivament sense necessitat d'intervenció externa. En aquest cas, es tracta d'entalpia positiva, atès que s'està alliberant energia cap a l'ambient.

Entalpia i entropia

L'entropia és una magnitud física que mesura la quantitat d'energia d'un sistema que no està disponible. A l'calcular aquesta magnitud és possible conèixer el grau de desordre o caos en l'estructura d'un sistema.

La relació entre entalpia i entropia ve donada per l'equilibri de el sistema. A menor entalpia (intercanvi d'energia), el sistema tendeix a l'equilibri; però a el mateix temps augmenta l'entropia, ja que hi ha major possibilitat de caos en el sistema.

Per la seva banda, una entropia mínima implica un menor nivell de caos i per tant, l'intercanvi d'energia (entalpia), serà més gran.