Enthalpy

Entalpie (tepelný obsah) je veličina vyjadřující tepelnou energii uloženou v dané látce. Jedná se o termodynamickou funkci stavu termodynamické soustavy, která je určená vztahem pro soustavu s neměnným počtem částic, s vnitřní energií U, tlakem p a s objemem V soustavy. Zavádí se v souvislosti s první termodynamickou větou.

Vzorce
Vychází z 1. termodynamického zákona: systém může konat práci jen tehdy, poklesne-li jeho vnitřní energie U nebo je-li mu dodáno teplo Q:

&Delta;U = Q − W

(Vnitřní energie U se dodáním tepla Q nebo práce – W zvýší.)

Zvyšuje-li systém svůj objem &Delta;V proti vnějšímu tlaku p, koná při tom mechanickou práci:

&Delta; W = p·&Delta;V

Vzhledem k předchozí rovnici můžeme psát, že

Q = &Delta;U + p·&Delta;V.

Proto byla definována funkce H (entalpie, tepelný obsah):

H = U + p·V

Jednotkou entalpie v systému SI je joule (J).

Rovnice tedy říká, že entalpie se rovná vnitřní energii systému zvětšené o součin tlaku systému a jeho objemu.

&Delta; H je množství tepla, které soustava při chemické reakci přijímá (&Delta;H > 0) – jedná se tedy o endotermickou reakci anebo odevzdává (&Delta; H < 0) – jedná se o exotermickou reakci.

Je možné také zavést měrnou entalpii h vztahem

h = H/m,

kde m značí hmotnost. Jednotkou měrné entalpie je poté v systému SI joule na kilogram látky (J·kg-1).

Vztah k vnitřní energii
Vnitřní energie U je vhodná pro vyjadřováni energetických změn dějů probíhajících za stálého objemu, entalpie se s výhodou používá pro výpočet energetických změn za stálého tlaku. Jelikož většina chemických procesů probíhá za stálého tlaku, je entalpie v chemické termodynamice častěji používanou veličinou než vnitřní energie.

Pakliže bychom znali hodnoty entalpií reagujících složek v chemické reakci, byl by výpočet jednoduchý. Problém však nastává v tom, že nedovedeme určit absolutní hodnoty entalpií. Vždy se totiž zjišťuje jen změna této funkce, ke které dochází, když látka přechází z jednoho stavu do druhého (z výchozího do konečného). Proto se zavádí v chemické termodynamice stupnice relativních hodnot entalpií. Nulová hodnota entalpie je entalpie prvků v základním stavu, v jejich stabilní formě – při tlaku 101,325 kPa a při teplotě 298,15 K (25 °C). Pouze v tomto stavu lze jejich entalpie změřit.

Význam entalpie
Zavedením entalpie se značně zjednoduší termodynamické vztahy pro izobarické děje. Jestliže soustava přijímá teplo a koná objemovou práci, bude rovnice pro výpočet změny vnitřní energie:

U2 – U1 = Q - W

v diferenciálním tvaru:

dU = dQ − p dV

Jde-li o práci reverzibilní, pak p označuje tlak soustavy. Je-li tento tlak konstantní (při izobarickém ději), můžeme rovnici (H = U + p V) napsat ve tvaru:

dQ = dU + d(p V) = d(U + p V) = dH

Pro izobarický děj tedy platí, že teplo přijaté soustavou se rovná zvýšení entalpie soustavy.

Její význam je také při posuzování procesů v tepelných strojích, ve kterých je látka přiváděna a odváděna při stálém tlaku. Jestliže látka koná ve stroji při expanzi práci bez přívodu a odvodu tepla, je tato práce při jednom cyklu úměrná rozdílu entalpie látky (počáteční a konečný stav).

ΔH=Q

Reakční teplo
Reakční teplo [ΔH] je množství tepla, které soustava s okolím vymění při reakci. Reakce probíhá za konstantního tlaku v rozsahu 1 molu základních reakčních přeměn. Jak již víme, při izobarických dějích vyjadřuje výměnu tepla mezi soustavou a okolím právě entalpie.

Při exotermních dějích je reakční teplo záporné – systém totiž dodal teplo do okolí. Při endotermních dějích je kladné – systém teplo přijal, je tedy o energii bohatší.

Grafické vyjádření :

520px

Rozdělení
Reakční teplo můžeme rozdělit dle toho, zda při reakci vznikne z prvků sloučenina, nebo zdali se sloučenina spálí v nadbytku kyslíku. Výpočet reakčních tepel je umožněn díky 2. termodynamickému zákonu.

Standardní slučovací teplo
ΔH0298 [ kJ.mol-1]. Je reakčním teplem reakce, při kterém vznikne 1 mol sloučeniny z prvků. Podmínkou vzniku je standardní stav prvků i produktů, to je teplota 298,15 K, tlak 101,325 kPa. Standardní slučovací tepla prvků jsou vždy nulová.

Standardní spalné teplo
ΔH0298 [kJ.mol−1]. Je reakčním teplem reakce, při kterém je 1 mol látky spálen. Opět platí, že prvky a produkty musí být ve standardním stavu. Spalná tepla prvků jsou nenulová.

Související články

 * Gibbsova funkce

Externí odkazy

 * Entalpie (česká wikipedie)
 * Enthalpy (anglická wikipedie)

Zdroj