Az állapotváltozás entalpiája
A termodinamika , az entalpiája állapotváltozás (korábban látens hője állapotváltozás ) a tiszta test definíció szerint a változás entalpia kísérő egy állapotváltozás a test kapcsolatos anyag mennyisége fel. Játékba ebben átalakítás. Például a folyékony állapotból a gőzállapotba való átmenethez a párologtatás entalpiájáról fogunk beszélni .
A megállapított állapotváltozási entalpia J / mol- ban van kifejezve a Nemzetközi Egységrendszerben (SI egységekben), de kapcsolatba hozható az átalakulás során érintett tömegegységgel is : ezt követően J / kg-ban fejezik ki. és tömegnek vagy specifikusnak nevezik .
Δ1→2H{\ displaystyle \ Delta _ {1 \ - 2} H}
A hőmérséklet adatokat, a állapotváltozástól entrópia egyenlő: . J / ( K · mol) SI egységekben vagy J / ( K · kg) -ban fejeződik ki a fajlagos állapotváltozás entrópiájára.
T{\ displaystyle T}Δ1→2S=Δ1→2HT{\ displaystyle \ Delta _ {1 \ to 2} S = {\ Delta _ {1 \ to 2} H \ over T}}
Az állapotváltozás entalpiáját korábban az állapotváltozás látens hőjének nevezték , ezt a kifejezést Joseph Black (1728–1799) okozta , és utalva a lényegre kiterjedő hő-nézetre (folyadéknak, anyagtalan anyagnak tekintik), hogy elterjedt volt, míg a XIX th században, beleértve a munka Joseph Fourier rajta. A "látens" jelző jelzi, hogy ez a mennyiség "el van rejtve", mielőtt felszívódna vagy felszabadulna az állapotváltozás során. Ahhoz, hogy a „latens állapotváltozás” mi most inkább, hogy a „entalpiája állapotváltozás” kifejezés hő tartalékba kerül az átutalás energia (átadása hőenergia vagy termál transzfer. ).
L1→2{\ displaystyle L_ {1 \ - 2}}
Definíciók
Az állapotváltozások osztályozása
Minden tiszta testnek három fő fizikai állapota van: a szilárd , a folyékony és a gáz állapot . Van egy negyedik, nagyon magas hőmérsékleten kapott állapot, ahol az anyag ionok és elektronok plazmája formájában van . A kötések erősebbek közötti molekulák (vagy atomok az egyszerű anyagok ) szilárd állapotban, mint a folyékony állapotban, és ezek a kapcsolatok gyakorlatilag hiányzik a gáz halmazállapotú.
Állapotváltás állandó nyomáson és hőmérsékleten történik. Az állapotváltozás során hő formájában kicserélt energia az intermolekuláris kötések módosításából (megszakadásából vagy létrejöttéből) származik. Ahhoz az állapothoz való átjutáshoz, ahol a molekulák erősen kötődnek egy olyan állapothoz, ahol kevésbé vannak, energiát kell hozni az anyagba a kötések megszakításához: a tiszta test energiaváltozása ekkor pozitív. Ezzel szemben a gyenge molekuláris kötések állapotából az erős molekuláris kötések állapotába való átjutás a tiszta test energiájának negatív változását váltja ki. Például a víz 100 ° C-on forral fel egy atmoszféra nyomása alatt (1 atm = 1013,25 hPa ); a víz elpárologtatásának sajátos entalpiája, amely megegyezik az 1 kg folyékony víz gőzzé alakításához szolgáltatott hőmennyiséggel , 2 257 kJ / kg .
Vannak azonban olyan állapotváltozások, amelyek nem járnak az állapotváltozás entalpiájával. Az állapotváltozások jelenlegi osztályozása az állapotváltozás entalpiájának meglétén vagy hiányán alapul:
- Az első rendű átmenetek az állapotváltozás entalpiájával járnak, mint a fent leírt átmenetek;
- A 2. rendű átmenetek nem járnak az állapotváltozás entalpiájával, mint például a vezető - szupravezető átmenet vagy a folyadék - szuperfolyadék átmenet (λ - lambda átmenet).
Az állapotváltozás entalpiája
Legyen mólja egy tiszta anyagnak, amelynek állandó nyomáson és hőmérsékleten az 1. sorrend állapotának megváltoztatása az 1. állapotról a 2. állapotra változik . Hagy a hő szükséges, hogy ezeket a mol passz 1 állapot állami 2. közben állapotváltozás a tiszta anyag van egy variációja entalpia és entrópia. A szervezetből. Az állapotváltozás zajló állandó nyomás, hő kicserélt a külső környezet során ez az átalakulás egyenlő az entalpia a tiszta anyag: . Mi határozza meg a entalpiája állapotváltozás , megjegyezte , a teljes változási entalpia kapcsolatos anyag mennyisége részt az átalakulás:
nem{\ displaystyle n} P1→2{\ displaystyle P_ {1 \ - 2}} T{\ displaystyle T}Q{\ displaystyle Q}nem{\ displaystyle n} H{\ displaystyle H} S{\ displaystyle S}Q{\ displaystyle Q}Q=ΔH{\ displaystyle Q = \ Delta H}Δ1→2H{\ displaystyle \ Delta _ {1 \ - 2} H} nem{\ displaystyle n}
Az állapotváltozás entalpiája:
Δ1→2H=Qnem=ΔHnem{\ displaystyle \ Delta _ {1 \ - 2} H = {Q \ over n} = {\ Delta H \ n n}}
val vel:
-
ΔH{\ displaystyle \ Delta H}a tiszta anyag móljainak entalpiájában bekövetkező változás az 1. állapotból a 2. állapotba történő változás során, J-ben kifejezve;nem{\ displaystyle n}
-
Δ1→2H{\ displaystyle \ Delta _ {1 \ - 2} H}a tiszta anyag állapotváltozásának entalpiája, J / mol-ban kifejezve;
-
nem{\ displaystyle n} a tiszta test anyagmennyisége molban kifejezve.
Legyen ez is az 1. állapotban lévő tiszta anyag moljának entalpiája és a 2. állapotban lévő tiszta anyag moljának entalpiája. E két entalpia az állapotváltozás nyomásán és hőmérsékletén van meghatározva, amelyek az átalakulás során nem változnak. Tehát van: . Hagy a moláris entalpiája a tiszta anyagot 1-es állapotban, és a moláris entalpiája tiszta anyag állapotban 2, ezek a két mennyiség szintén definiált és . Ezután : ezért a kapcsolat:
H1{\ displaystyle H ^ {1}}nem{\ displaystyle n}H2{\ displaystyle H ^ {2}}nem{\ displaystyle n}P1→2{\ displaystyle P_ {1 \ - 2}}T{\ displaystyle T}ΔH=H2-H1{\ displaystyle \ Delta H = H ^ {2} -H ^ {1}}H¯1{\ displaystyle {\ bar {H}} ^ {1}}H¯2{\ displaystyle {\ bar {H}} ^ {2}}P1→2{\ displaystyle P_ {1 \ - 2}}T{\ displaystyle T}ΔH=nemΔ1→2H=H2-H1=nemH¯2-nemH¯1{\ displaystyle \ Delta H = n \ Delta _ {1 \ to 2} H = H ^ {2} -H ^ {1} = n {\ bar {H}} ^ {2} -n {\ bar {H }} ^ {1}}
Az állapotváltozás entalpiája:
Δ1→2H=H¯2-H¯1{\ displaystyle \ Delta _ {1 \ - 2} H = {\ bar {H}} ^ {2} - {\ bar {H}} ^ {1}}
val vel:
-
H¯1{\ displaystyle {\ bar {H}} ^ {1}}moláris entalpiája tiszta anyagot 1-es állapotban a és kifejezve J / mol;P1→2{\ displaystyle P_ {1 \ - 2}}T{\ displaystyle T}
-
H¯2{\ displaystyle {\ bar {H}} ^ {2}}a tiszta anyag moláris entalpiája 2. állapotban és J / mol-ban kifejezve.P1→2{\ displaystyle P_ {1 \ - 2}}T{\ displaystyle T}
Adott mennyiségű tiszta testanyag entalpia-változása, amikor a 2. állapotból az 1. állapotba vált, mindig ellentétes azzal az eltéréssel , amikor az 1. állapotból a 2. állapotba változik ugyanazon nyomás- és hőmérsékleti körülmények között, tehát:
Δ2→1H=-Δ1→2H{\ displaystyle \ Delta _ {2 \ to 1} H = - \ Delta _ {1 \ to 2} H}
Például a víz cseppfolyósító entalpiája ellentétes a párolgási entalpiájával . Ha egy adott hőmérsékleten megfigyeljük a víz elpárolgását, akkor az állapotváltozás nyomása a megfelelő telített gőznyomás . A gáz halmazállapotú víz moláris entalpiája legyen az állapotváltozás körülményei között, a folyékony víz moláris entalpiája pedig az állapotváltozás körülményei között. Megvan: és .
ΔliqH=-ΔvapH{\ displaystyle \ Delta _ {\ text {liq}} H = - \ Delta _ {\ text {vap}} H}T{\ displaystyle T} Pült=Pült(T){\ displaystyle P ^ {\ text {sat}} = P ^ {\ text {sat}} \! \ bal (T \ jobb)}H¯g, ült=H¯g(Pült,T){\ displaystyle {\ bar {H}} ^ {\ text {g, sat}} = {\ bar {H}} ^ {\ text {g}} \! \ left (P ^ {\ text {sat}} , T \ jobbra}}H¯l, ültem=H¯l(Pült,T){\ displaystyle {\ bar {H}} ^ {\ text {l, sat}} = {\ bar {H}} ^ {\ text {l}} \! \ left (P ^ {\ text {sat}} , T \ jobbra}}ΔvapH=H¯g, ült-H¯l, ültem{\ displaystyle \ Delta _ {\ text {vap}} H = {\ bar {H}} ^ {\ text {g, sat}} - {\ bar {H}} ^ {\ text {l, sat}} }ΔliqH=H¯l, ültem-H¯g, ült{\ displaystyle \ Delta _ {\ text {liq}} H = {\ bar {H}} ^ {\ text {l, sat}} - {\ bar {H}} ^ {\ text {g, sat}} }
Az állapotváltozás entrópiája
Az állapotváltozás során a nyomás és a hőmérséklet állandó, ami azt jelenti, hogy a szabad entalpia változása nulla, mivel bármikor és :
P1→2{\ displaystyle P_ {1 \ - 2}}T{\ displaystyle T} G{\ displaystyle G}dP=0{\ displaystyle \ mathrm {d} P = 0}dT=0{\ displaystyle \ mathrm {d} T = 0}
dG=VdP-SdT=0{\ displaystyle \ mathrm {d} G = V \, \ mathrm {d} PS \, \ mathrm {d} T = 0}vagy az államváltás során az 1. és a 2. állapot integrálásával:
ΔG=G2-G1=0{\ displaystyle \ Delta G = G ^ {2} -G ^ {1} = 0}Mivel definíció szerint állandó hőmérsékleten:
G=H-TS{\ displaystyle G = H-TS}
ΔG=(H2-TS2)-(H1-TS1)=(H2-H1)-T(S2-S1)=ΔH-TΔS=0{\ displaystyle \ Delta G = \ bal (H ^ {2} -TS ^ {2} \ jobb) - \ bal (H ^ {1} -TS ^ {1} \ jobb) = \ bal (H ^ {2 } -H ^ {1} \ jobbra) -T \ balra (S ^ {2} -S ^ {1} \ jobbra) = \ Delta HT \ Delta S = 0}azzal a entrópia az mól tiszta anyag 1 állapota és az entrópia az mól tiszta anyag állapotban 2, a két entropies definiálja a nyomás és a hőmérséklet a állapotváltozás, melyek nem változnak a transzformáció során. Honnan :
S1{\ displaystyle S ^ {1}}nem{\ displaystyle n}S2{\ displaystyle S ^ {2}}nem{\ displaystyle n}P1→2{\ displaystyle P_ {1 \ - 2}}T{\ displaystyle T}
ΔS=nemΔ1→2S=ΔHT=nemΔ1→2HT{\ displaystyle \ Delta S = n \ Delta _ {1 \ to 2} S = {\ Delta H \ over T} = {n \ Delta _ {1 \ to 2} H \ over T}}A hőmérsékleti állapotváltozás entrópiája így van meghatározva :
T{\ displaystyle T}
Állapotváltoztatási entrópia:
Δ1→2S=QnemT=ΔSnem=Δ1→2HT{\ displaystyle \ Delta _ {1 \ to 2} S = {Q \ over nT} = {\ Delta S \ over n} = {\ Delta _ {1 \ to 2} H \ over T}}
val vel:
-
ΔS{\ displaystyle \ Delta S}A változás entrópia az mól tiszta anyag alatt változás 1 állapot az állami 2, kifejezett J / K;nem{\ displaystyle n}
-
Δ1→2S{\ displaystyle \ Delta _ {1 \ - 2} S}a tiszta anyag állapotváltozásának entrópiája, J / (K · mol) -ban kifejezve;
-
nem{\ displaystyle n} a tiszta test anyagának mennyisége molban kifejezve;
-
T{\ displaystyle T} az állapot hőmérsékletének változása K-ban kifejezve
Ha a hőmérséklet adatokat, az entrópia párolgási víz tehát: .
T{\ displaystyle T}ΔvapS=ΔvapH/T{\ displaystyle \ Delta _ {\ text {vap}} S = \ Delta _ {\ text {vap}} H / T}
Ami az állapotváltozás entalpiáját illeti, megvan a kapcsolat, amely az állapotváltozás entrópiáját és az 1. és 2. állapotban lévő tiszta test moláris entrópiáit összekapcsolja az állapotváltozás nyomásával és hőmérsékletével:
Állapotváltoztatási entrópia:
Δ1→2S=S¯2-S¯1{\ displaystyle \ Delta _ {1 \ - 2} S = {\ bar {S}} ^ {2} - {\ bar {S}} ^ {1}}
val vel:
-
S¯1{\ displaystyle {\ bar {S}} ^ {1}}a tiszta test moláris entrópiája 1. állapotban és J / (K · mol) -ban kifejezve;P1→2{\ displaystyle P_ {1 \ - 2}}T{\ displaystyle T}
-
S¯2{\ displaystyle {\ bar {S}} ^ {2}}a tiszta test moláris entrópiája a 2 állapotban és J / (K · mol) -ben kifejezve.P1→2{\ displaystyle P_ {1 \ - 2}}T{\ displaystyle T}
Csakúgy, mint az állapotváltozás entalpiájánál, az entrópiának a 2. állapotból az 1. állapotba történő változása mindig ellentétes az 1. állapotról a 2. állapotra történő változással:
Δ2→1S=-Δ1→2S{\ displaystyle \ Delta _ {2 \ to 1} S = - \ Delta _ {1 \ to 2} S}
Az állapotváltozás entalpiafüggősége
A entalpiája mól tiszta anyag függ a nyomás és a hőmérséklet , de nem az anyag mennyisége : . Az állapotváltozás entalpiája tehát az állapotváltozás nyomásától és hőmérsékletétől függ , de nem az anyag mennyiségétől:
H¯{\ displaystyle {\ bar {H}}}P{\ displaystyle P}T{\ displaystyle T}nem{\ displaystyle n}H¯=H¯(P,T){\ displaystyle {\ bar {H}} = {\ bar {H}} \! \ bal (P, T \ jobb)}P1→2{\ displaystyle P_ {1 \ - 2}}T{\ displaystyle T}
ΔH1→2=ΔH1→2(P1→2,T)=H¯2(P1→2,T)-H¯1(P1→2,T){\ displaystyle \ Delta H_ {1 \ to 2} = \ Delta H_ {1 \ to 2} \! \ left (P_ {1 \ to 2}, T \ right) = {\ bar {H}} ^ {2 } \! \ bal (P_ {1 \ to 2}, T \ jobb) - {\ bar {H}} ^ {1} \! \ left (P_ {1 \ to 2}, T \ right)}Vagy a nyomás és a hőmérséklet állapot változás kapcsolódik egybehangzóan: . Például egy tiszta anyag elpárologtatása esetén egy adott hőmérsékleten csak egy párologtatási nyomás vagy telített gőznyomás van , ami fordítva, és telített gőznyomásnak felel meg, csak egyetlen hőmérsékletnek felel meg. Az állapotváltozás entalpiája is csak egyetlen változó, a hőmérséklet függvénye:
P1→2{\ displaystyle P_ {1 \ - 2}}T{\ displaystyle T}P1→2=P1→2(T){\ displaystyle P_ {1 \ to 2} = P_ {1 \ to 2} \! \ left (T \ right)}
Δ1→2H=Δ1→2H(T){\ displaystyle \ Delta _ {1 \ to 2} H = \ Delta _ {1 \ to 2} H \! \ left (T \ right)}
Jelölések
Ezeket a jelöléseket az IUPAC , az IUPAP és az ISO ajánlja .
A fúziós entalpiája egy kémiai vegyület a különbség az entalpia szerephez jut során a fúziós egy mól e vegyület által abszorbeált energia. A fémek fúziójának tömeges entalpiája ritka kivételekkel 4 és 16 kJ / kg között van.
ΔfusH{\ displaystyle \ Delta _ {\ text {fus}} H}
A megszilárdulás entalpia az ellenkezője az olvadási hő: .
-ΔfusH{\ displaystyle - \ Delta _ {\ text {fus}} H}
A kémiai vegyület elpárologtatásának entalpiája az entalpia különbsége, amelyet a vegyület egy móljának elpárologtatása során játszanak az energia abszorpciója révén.
ΔvapH{\ displaystyle \ Delta _ {\ text {vap}} H}
A cseppfolyósítás entalpia az ellenkezője az entalpia párologtatás: .
-ΔvapH{\ displaystyle - \ Delta _ {\ text {vap}} H}
A kémiai vegyület szublimálásának entalpiája az entalpia különbsége, amelyet az energia abszorpciója révén egy mol e vegyület szublimálása során játszunk .
ΔalattiH{\ displaystyle \ Delta _ {\ text {sub}} H}
A kondenzációs entalpia szemben van a entalpiája szublimációs: .
-ΔalattiH{\ displaystyle - \ Delta _ {\ text {sub}} H}
Alkalmazások
Állapotváltozáson átesett tiszta test entalpiája és entrópiája
Az állapotváltozás során a tiszta anyag anyajegyeit feloszlik az 1. és a 2. állapotban lévő molokra . A tiszta állapot frakciójának meghatározásával a 2. állapotban:
nem{\ displaystyle n}nem1{\ displaystyle n ^ {1}}nem2{\ displaystyle n ^ {2}}nem=nem1+nem2{\ displaystyle n = n ^ {1} + n ^ {2}}τ2=nem2nem{\ displaystyle \ tau ^ {2} = {n ^ {2} \ over n}}
nem1=(1-τ2)nem{\ displaystyle n ^ {1} = \ balra (1- \ tau ^ {2} \ jobbra) n}
nem2=τ2nem{\ displaystyle n ^ {2} = \ tau ^ {2} n}
A kétfázisú tiszta test teljes entalpiáját és teljes entrópiáját a két fázis moláris méretének függvényében írjuk fel:
H{\ displaystyle H}S{\ displaystyle S}
H=nem1H¯1+nem2H¯2{\ displaystyle H = n ^ {1} {\ bar {H}} ^ {1} + n ^ {2} {\ bar {H}} ^ {2}}
S=nem1S¯1+nem2S¯2{\ displaystyle S = n ^ {1} {\ bar {S}} ^ {1} + n ^ {2} {\ bar {S}} ^ {2}}
így a tiszta anyag frakciójának a 2. állapotba történő bevezetésével:
Kétfázisú tiszta test entalpia:
H=(1-τ2)nemH¯1+τ2nemH¯2{\ displaystyle H = \ bal (1- \ tau ^ {2} \ jobb) n {\ bar {H}} ^ {1} + \ tau ^ {2} n {\ bar {H}} ^ {2} }
Kétfázisú tiszta test entrópia:
S=(1-τ2)nemS¯1+τ2nemS¯2{\ displaystyle S = \ bal (1- \ tau ^ {2} \ jobb) n {\ bar {S}} ^ {1} + \ tau ^ {2} n {\ bar {S}} ^ {2} }
Meg kell jegyezni, hogy egy tiszta anyag két fázisának entalpiája és moláris entrópiája csak a nyomástól és a hőmérséklettől függ. Az állapotváltozás során a nyomás és a hőmérséklet állandó, a két fázis entalpiája és moláris entrópiája ezért állandó az átalakulás során. Így rendelkezünk:
- amikor a tiszta vegyület teljes egészében az 1-es állapot ( , , ): és ;nem1=nem{\ displaystyle n ^ {1} = n}nem2=0{\ displaystyle n ^ {2} = 0}τ2=0{\ displaystyle \ tau ^ {2} = 0}H=nemH¯1{\ displaystyle H = n {\ bar {H}} ^ {1}}S=nemS¯1{\ displaystyle S = n {\ bar {S}} ^ {1}}
- amikor a tiszta vegyület teljes egészében az állam 2 ( , , ): és .nem1=0{\ displaystyle n ^ {1} = 0}nem2=nem{\ displaystyle n ^ {2} = n}τ2=1{\ displaystyle \ tau ^ {2} = 1}H=nemH¯2{\ displaystyle H = n {\ bar {H}} ^ {2}}S=nemS¯2{\ displaystyle S = n {\ bar {S}} ^ {2}}
A moláris méreteket a kapcsolatok kapcsolják össze:
H¯2=H¯1+Δ1→2H{\ displaystyle {\ bar {H}} ^ {2} = {\ bar {H}} ^ {1} + \ Delta _ {1 \ - 2} H}
S¯2=S¯1+Δ1→2S=S¯1+Δ1→2HT{\ displaystyle {\ bar {S}} ^ {2} = {\ bar {S}} ^ {1} + \ Delta _ {1 \ - 2} S = {\ bar {S}} ^ {1} + {\ Delta _ {1 \ - 2} H \ felett T}}
írhatunk még:
Kétfázisú tiszta test entalpia:
H=nemH¯1+τ2nemΔ1→2H{\ displaystyle H = n {\ bar {H}} ^ {1} + \ tau ^ {2} n \ Delta _ {1 \ - 2} H}
Kétfázisú tiszta test entrópia:
S=nemS¯1+τ2nemΔ1→2HT{\ displaystyle S = n {\ bar {S}} ^ {1} + \ tau ^ {2} n {\ Delta _ {1 \ - 2} H \ felett T}}
val vel:
-
H{\ displaystyle H}entalpiája tiszta kétfázisú test és kifejezve J;P1→2{\ displaystyle P_ {1 \ - 2}}T{\ displaystyle T}
-
H¯1{\ displaystyle {\ bar {H}} ^ {1}}moláris entalpiája tiszta anyagot 1-es állapotban a és kifejezve J / mol;P1→2{\ displaystyle P_ {1 \ - 2}}T{\ displaystyle T}
-
H¯2{\ displaystyle {\ bar {H}} ^ {2}}a tiszta anyag moláris entalpiája 2. állapotban és J / mol-ban kifejezve;P1→2{\ displaystyle P_ {1 \ - 2}}T{\ displaystyle T}
-
S{\ displaystyle S}az entrópia a kétfázisú tiszta test és kifejezve J / K;P1→2{\ displaystyle P_ {1 \ - 2}}T{\ displaystyle T}
-
S¯1{\ displaystyle {\ bar {S}} ^ {1}}a tiszta test moláris entrópiája 1. állapotban és J / (K · mol) -ban kifejezve;P1→2{\ displaystyle P_ {1 \ - 2}}T{\ displaystyle T}
-
S¯2{\ displaystyle {\ bar {S}} ^ {2}}a tiszta test moláris entrópiája a 2. állapotban és J / (K · mol) -ban kifejezve;P1→2{\ displaystyle P_ {1 \ - 2}}T{\ displaystyle T}
-
nem{\ displaystyle n} a tiszta test anyagának mennyisége molban kifejezve;
-
T{\ displaystyle T} az állapot hőmérsékletének változása K-ban kifejezve;
-
τ2{\ displaystyle \ tau ^ {2}}a tiszta test összes móltöredéke a 2. állapotban, a tiszta test móljainak száma a 2. állapotban .nem2{\ displaystyle n ^ {2}}τ2=nem2/nem{\ displaystyle \ tau ^ {2} = n ^ {2} / n}
Hasonló összefüggéseket írhatunk az arány használatával :
τ1=nem1nem=1-τ2{\ displaystyle \ tau ^ {1} = {n ^ {1} \ over n} = 1- \ tau ^ {2}}
H=τ1nemH¯1+(1-τ1)nemH¯2=nemH¯2-τ1nemΔ1→2H{\ displaystyle H = \ tau ^ {1} n {\ bar {H}} ^ {1} + \ left (1- \ tau ^ {1} \ right) n {\ bar {H}} ^ {2} = n {\ bar {H}} ^ {2} - \ tau ^ {1} n \ Delta _ {1 \ - 2} H}
S=τ1nemS¯1+(1-τ1)nemS¯2=nemS¯2-τ1nemΔ1→2HT{\ displaystyle S = \ tau ^ {1} n {\ bar {S}} ^ {1} + \ left (1- \ tau ^ {1} \ right) n {\ bar {S}} ^ {2} = n {\ bar {S}} ^ {2} - \ tau ^ {1} n {\ Delta _ {1 \ - 2} H \ felett T}}
Clapeyron formula
A nyomást, a hőmérsékletet, a két fázis moláris térfogatait és az állapotváltozás entalpiáját a Clapeyron képlet kapcsolja össze :
Clapeyron formula: (dP1→2dT)=Δ1→2HT⋅Δ1→2V{\ displaystyle \ left ({\ mathrm {d} P_ {1 \ to 2} \ over \ mathrm {d} T} \ right) = {\ Delta _ {1 \ to 2} H \ over T \ cdot \ Delta _ {1 \ - 2} V}}
|
val vel:
-
T{\ displaystyle T}az állapot hőmérsékletének változása ( Kelvinben , K );
-
P1→2{\ displaystyle P_ {1 \ - 2}}az állapotváltozás nyomása hőmérsékleten ( passzban , Pa );T{\ displaystyle T}
-
Δ1→2H{\ displaystyle \ Delta _ {1 \ - 2} H}a fázisról fázisra változó állapotváltozási entalpia hőmérsékleten ( joule / mol , J / mol );1{\ displaystyle 1}2{\ displaystyle 2}T{\ displaystyle T}
-
Δ1→2V=V¯2-V¯1{\ displaystyle \ Delta _ {1 \ - 2} V = {\ bar {V}} ^ {2} - {\ bar {V}} ^ {1}}a különbség a moláris térfogat a tiszta anyag rendre a fázisokat , és a hőmérséklet és a nyomás alatt (a köbméter per mól, m 3 / mol ).2{\ displaystyle 2}1{\ displaystyle 1}T{\ displaystyle T}P1→2{\ displaystyle P_ {1 \ - 2}}
Ez a képlet csak első rendű fázisátmenet esetén érvényes . A másodrendű fázisátmenetekről, amelyek az állapotváltozás entalpia nélkül, azaz hőátadás nélkül zajlanak, lásd Ehrenfest-képletek .
használat
Mivel az állapotváltozás entalpiája a változás során felszabaduló ( exoterm átalakulás ) vagy elnyelt ( endoterm átalakulás ) energiát képvisel , ez fontos mennyiség a kémia és a fizika területén. Valójában figyelembe kell venni egy kísérlet vagy egy folyamat bekövetkezésének körülményeit. Például egy felforrósodott test kitágul , de ha a kísérlet olvadáspontban történik egy serpenyőben jéggel, akkor az energia egy részét elnyeli az állapot jégről vízre történő változása, ami csökkenti a tágulást.
A látens hő a meteorológiában is széles körben alkalmazott fogalom . A Föld felszínén befogadott és a Föld légköre által elnyelt energia áramlása a levegő melegítésére szolgál, és lehetővé teszi a tengervíz elpárologtatását a troposzférába . Ezzel szemben, a függőleges légmozgások lecsapódik, és fagyasztva vizet felhők és csapadék . Minden állapotváltozás a hő abszorpcióját vagy felszabadulását okozza, amelyet be kell építeni az energiamérlegbe, ami befolyásolja a légköri keringést . A látens hőáramot általában a Bowen-arány méri .
Néhány érték
Az alábbi táblázat néhány értéket közöl normál légköri nyomáson ( 101 325 Pa ).
Anyag
|
A fúziós entalpia kJ / kg
|
Hőmérséklet olvadás ° C
|
Párolgási hő kJ / kg
|
Hőmérséklet forrás ° C
|
---|
Etanol
|
108.00
|
−114.00
|
855,00
|
78.30
|
Ammónia
|
332,17
|
−77,74
|
1,369,00
|
−33,34
|
Szén-dioxid , CO 2 |
184.00
|
−78,50 ( szublimáció )
|
574,00
|
−56,70 (forrás, 5,1 atm nyomáson)
|
Hélium
|
|
|
21.00
|
−268.93
|
Dihidrogén
|
58.00
|
−259.00
|
455,00
|
−253.00
|
Vezet |
23.00
|
327.50
|
871,00
|
1750.00
|
Dinitrogén
|
25.70
|
−210.00
|
200,00
|
−196.00
|
Dioxigen
|
13.90
|
−219.00
|
213.00
|
−183.00
|
R134a hűtőközeg
|
|
−101.00
|
215.90
|
−26,60
|
R152a hűtőközeg
|
|
−116.00
|
326.50
|
−25.00
|
Toluol
|
72.10
|
−93.00
|
351.00
|
110,60
|
Terpentin
|
|
|
293.00
|
|
Víz
|
334,00
|
0,00
|
2 264,76
|
100,00
|
Megjegyzések és hivatkozások
Megjegyzések
-
Mennyiségek, egységek és szimbólumok a fizikai kémia területén , Zöld könyv , p. 60, 2007, online olvasás .
-
(en) GH Bryan , termodinamika. Bevezető értekezés, amely elsősorban az első elvekkel és azok közvetlen alkalmazásaival foglalkozik , Lipcse, BG Tuebner,1907, P. 9, 20–22.
-
" Számos anyag különböző termodinamikai paramétereinek értékei " , Académie de Nancy-Metz (hozzáférés : 2020. november 11. )
-
(en) " A fázisdiagram egy nyomás-hőmérséklet grafikon, amely megmutatja azokat a hőmérséklet- és nyomástartományokat, amelyek felett az egyes fázisok stabilak. » , A chegg.com oldalon (megtekintve : 2016. február 2. ) .
-
(in) Yaws kézikönyve az elemek kémiai tulajdonságairól , 2011 Knovel.
Bibliográfia
-
Jean-Claude Guibet és Emmanuelle Faure-Birchem (társult) ( pref. Raymond Lévy ) üzemanyagok és a motorok , Paris, Éditions Technip, coll. "A Francia Kőolaj Intézet kiadványai ",1997( ISBN 2-7108-0704-1 ).
-
Jean-Marie Donnini és Lucien Quaranta , a kísérleti fizika szótára , t. II, Sarreguemines, Éditions Pierron, koll. "Termodinamika és alkalmazások",1997, 499 p. ( ISBN 2-7085-0168-2 ).
-
Jean-Pierre Corriou, Kémiai termodinamika: Termodinamikai diagramok , vol. J 1026, Mérnöki technikák , koll. «Dokumentumalap: Termodinamika és kémiai kinetika , csomag: Egységműveletek. Kémiai reakciótechnika , univerzum: Kémia - bio-agro folyamatok »,1985, 30 p. ( online olvasás ).
-
Pascal Febvre, Richard Taillet és Loïc Villain, a fizika szótára , De Boeck Supérieur,2013, 899 p. ( ISBN 978-2-8041-7554-2 , online olvasás ) , p. 227-228; 693.
-
Peter William Atkins és Julio De Paula, fizikai kémia , De Boeck Superior,2013, 1024 p. ( ISBN 978-2-8041-6651-9 , online olvasás ) , p. 149-151.
-
Hervé Lemarchand, Geneviève ML Dumas és Roger I. Ben-Aïm irányításával, A kémiai termodinamika lényege: az alapok , Bréal,2004( ISBN 2-7495-0264-0 , online olvasás ) , p. 72.
Kapcsolódó cikkek