Entalpia: cos'è, formula, tipi ed esempi

Che cos'è l'entalpia?

L'entalpia è la quantità di calore che un sistema termodinamico rilascia o assorbe dall'ambiente circostante quando è a pressione costante, un sistema termodinamico che significa qualsiasi oggetto.

In fisica e chimica, l'entalpia è una quantità termodinamica la cui unità di misura è Joules (J) ed è rappresentata dalla lettera H.

La formula per calcolare l'entalpia è:

H = E + PV

dove:

• H è entalpia, E è l'energia del sistema termodinamico, P è la pressione del sistema termodinamico, V è volume.

In questa formula, il prodotto della pressione moltiplicato per il volume (PV) è uguale al lavoro meccanico che viene applicato al sistema.

Pertanto, l'entalpia è uguale all'energia di un sistema termodinamico più il lavoro meccanico ad esso applicato.

Tuttavia, l'entalpia di un sistema può essere misurata solo nel momento in cui si verifica una variazione di energia. La variazione, rappresentata dal segno Δ, dà origine ad una nuova formula:

∆H = ∆E + P∆V

Ciò significa che la variazione di entalpia (∆H) è uguale alla variazione di energia (∆E) più il lavoro meccanico applicato al sistema (P∆V).

L'entalpia deriva dal greco enthálpō , che significa aggiungere o aggiungere calore. Il termine fu coniato per la prima volta dal fisico olandese Heike Kamerlingh Onnes, vincitore del Premio Nobel per la fisica nel 1913.

Tipi di entalpia

Esistono diversi tipi di entalpia a seconda delle sostanze e dei processi coinvolti. Quando il processo comporta il rilascio di energia, è una reazione esotermica, mentre la cattura di energia significa che è una reazione endotermica.

Sulla base di quanto sopra, le entalpie sono classificate in:

Entalpia di formazione

È l'energia necessaria per formare una talpa di una sostanza dagli elementi che la compongono. Ricordiamo che la talpa è l'unità di misura della sostanza equivalente a 6,023x10 ²³ atomi o molecole.

Un esempio di entalpia di formazione è l'unione di ossigeno (O) e idrogeno (H) per formare acqua (H ₂ O), la cui variazione di energia o entalpia (ΔH) è -285.820 KJ / mol.

Entalpia di reazione

È l'energia che libera una reazione chimica a pressione costante.

Un esempio di entalpia di reazione è la formazione di metano (CH4) dall'unione di carbonio (C) e idrogeno (H):

C + 2H ₂ → CH ₄

Vedi anche reazione chimica.

Entalpia di soluzione

Si riferisce alla quantità di calore rilasciata o assorbita da una sostanza quando disciolta in soluzione acquosa.

Un esempio di entalpia di soluzione è ciò che accade quando si dissolve l'acido solforico (H ₂ SO ₄) in acqua (H ₂ O). La quantità di energia rilasciata dall'acido è così elevata che è una soluzione che deve essere utilizzata con determinate misure di sicurezza.

Entalpia neutralizzante

È l'energia che viene catturata o rilasciata quando un acido e una base si mescolano, neutralizzandosi a vicenda.

Un esempio di entalpia di neutralizzazione è quando mescoliamo acido acetico (CH₃COOH) con bicarbonato (NaHCO₃).

Vedi anche Acidi e basi.

Entalpia di combustione

È l'energia rilasciata quando una mole di sostanza organica reagisce con l'ossigeno nell'aria e rilascia anidride carbonica (CO _2).

Un esempio di entalpia di combustione è quello generato dal gas propano (C ₃ H ₈), che rilascia energia che viene utilizzata come combustibile domestico:

C ₃ H ₈ + 5 O ₂ → 3CO ₂ + 4H ₂ O

Rilasci 2.044 x 10 ³ KJ / mol

La variazione di entalpia (ΔH) = -2,044x10 ^ 3 KJ / mol

Vedi anche Combustione.

Entalpia da decomposizione

È la quantità di calore o energia che viene rilasciata quando una mole di sostanza viene scomposta in elementi più semplici.

Un esempio di entalpia di decomposizione è quando il perossido di idrogeno o il perossido di idrogeno si decompone per formare acqua e ossigeno:

2H ₂ O ₂ → 2H ₂ O + O ₂

96.5KJ / mol vengono rilasciati

Variazione di entalpia (ΔH) = 96,5 KJ / mol

Entalpia di dissoluzione

Si riferisce alla quantità di calore o energia che una sostanza cattura o rilascia quando viene aggiunta più acqua alla soluzione.

Un esempio di entalpia di dissoluzione è quando aggiungiamo detersivo in polvere all'acqua.

Vedi anche soluzione chimica.

Entalpia a cambiamento di fase

Si riferisce allo scambio di energia che si verifica quando un elemento cambia stato (solido, liquido o gassoso). In questo senso abbiamo:

• Entalpia di fusione: il cambiamento di entalpia nel passaggio da solido a liquido Entalpia di sublimazione: il cambiamento di entalpia nel passaggio da solido a gas. Entalpia di evaporazione: il passaggio da liquido a gas.

Un esempio di entalpia a cambiamento di fase è ciò che accade nel ciclo dell'acqua, poiché quando si passa dal liquido allo stato gassoso o solido (o una qualsiasi delle sue possibili combinazioni) l'acqua libera o assorbe energia. In questo caso, la variazione di energia nella transizione dell'acqua da liquido a gas a 100 ° C è pari a 40,66 KJ / mol.

Vedi anche:

• Reazione endotermica Reazione esotermica.

A cosa serve l'entalpia?

L'entalpia viene utilizzata per misurare accuratamente le variazioni di energia che si verificano in un sistema, sia durante l'assunzione che il rilascio di energia nell'ambiente.

L'entalpia è un concetto complesso di termodinamica che di solito non viene utilizzato nella vita di tutti i giorni, dal momento che non calcoliamo l'energia necessaria per riscaldare l'acqua per il tè, ad esempio. Tuttavia, è possibile capire come funziona con un esempio quotidiano.

Quando facciamo bollire l'acqua, la sua temperatura aumenta gradualmente fino a raggiungere il punto di ebollizione (100 ° C). In questo caso, stiamo parlando di entalpia negativa, poiché il sistema termodinamico ha dovuto prelevare energia dall'ambiente per aumentare la sua temperatura.

D'altra parte, quando lasciamo raffreddare la stessa acqua un po 'dopo essere stata bollita, la sua temperatura inizia a scendere progressivamente senza la necessità di un intervento esterno. In questo caso, si tratta di un'entalpia positiva, poiché l'energia viene rilasciata nell'ambiente.

Entalpia ed entropia

L'entropia è una quantità fisica che misura la quantità di energia in un sistema che non è disponibile. Calcolando questa grandezza è possibile conoscere il grado di disordine o caos nella struttura di un sistema.

La relazione tra entalpia ed entropia è data dall'equilibrio del sistema. A meno entalpia (scambio di energia), il sistema tende all'equilibrio; ma allo stesso tempo l'entropia aumenta, poiché esiste una maggiore possibilità di caos nel sistema.

Da parte sua, un'entropia minima implica un livello inferiore di caos e quindi lo scambio di energia (entalpia) sarà maggiore.