Enthalpy

Enthalpy (thường được ký hiệu là H) là một thuộc tính của hệ nhiệt động, định nghĩa là tổng của nội năng (U) với tích của áp suất (p) và thể tích (V) của hệ, tức là H = U + pV.^[1] Đây là một hàm trạng thái được sử dụng trong nhiều phép đo các hệ có áp suất không đổi (đẳng áp), thuộc nhiều lĩnh vực như hóa học, sinh học và vật lí, xảy ra ở môi trường bên ngoài rộng lớn, có thể trao đổi nhiệt và công với môi trường xung quanh. Enthalpy là một năng lượng "đại diện" cho các năng lượng liên quan đến hóa học như năng lượng liên kết, năng lượng mạng tinh thể, solvat hóa và các "năng lượng" khác trong hóa học thực sự là sự khác biệt về enthalpy. Là một hàm trạng thái, enthalpy chỉ phụ thuộc vào trạng thái cuối cùng của nội năng, áp suất và thể tích, chứ không phụ thuộc vào con đường thực hiện để đạt được trạng thái đó.

Trong Hệ đo lường quốc tế (SI), thứ nguyên của enthalpy là joule. Các đơn vị như calo và đơn vị nhiệt Anh (BTU) vẫn được sử dụng.

Không thể đo trực tiếp tổng enthalpy của một hệ vì nội năng chứa các thành phần năng lượng chưa biết, không dễ tiếp cận hoặc không được quan tâm trong nhiệt động lực học. Trong thực tế, sự thay đổi enthalpy hay biến thiên enthalpy là biểu thức được ưu tiên cho các phép đo ở điều kiện đẩng áp vì nó đơn giản hóa việc mô tả sự truyền năng lượng. Một phản ứng hóa diễn ra trong bình phản ứng thường, biến thiên enthalpy bằng với năng lượng nhiệt mà hệ trao đổi mới môi trường. Nếu diễn ra trong một nguyên tố Gavani (Gavanic cell) thì công của phản ứng hóa học sẽ chuyển thành năng lượng nhiệt và công điện.

Trong hóa học, enthalpy chuẩn của phản ứng ( ${\displaystyle \Delta _{rxn}H^{\ominus }}$ hay ${\displaystyle \Delta _{r}H_{298}^{\circ }}$) là sự thay đổi enthalpy khi các chất phản ứng ở điều kiện chuẩn (điều kiện chuẩn là p = 1 bar; T = 298 K) chuyển thành sản phẩm cũng ở điều kiện chuẩn.^[2] Đại lượng này còn được gọi là nhiệt tiêu chuẩn của phản ứng ở áp suất và nhiệt độ không đổi (đẳng áp, đẳng nhiệt), nhưng có thể đo đại lượng này bằng phương pháp đo nhiệt lượng ngay cả khi nhiệt độ thay đổi trong quá trình đo, miễn là áp suất và nhiệt độ trong quá trình biến đổi và trong trạng thái ban đầu và trạng thái cuối cùng tương ứng với điều kiện chuẩn (p = 1 bar; T = 298 K). Giá trị biến thiên enthalpy (ΔH) chỉ phụ thuộc vào trạng thái ban đầu đến trạng thái cuối cùng của hệ, không phụ thuộc vào đường đi (trạng thái trung gian) vì enthalpy là một hàm trạng thái.

Enthalpy của các chất hóa học thường được đề cập trong điều kiện áp suất chuẩn là 1 bar (100.000 Pa; 0,99 atm). Enthalpy và biến thiên enthalpy đối với các phản ứng thay đổi theo hàm nhiệt độ,^[3] nhưng các bảng thường liệt kê enthalpy tạo thành chuẩn (${\displaystyle \Delta _{f}H^{\ominus }}$ hay ${\displaystyle \Delta _{f}H_{298}^{\circ }}$) của các chất ở điều kiện 25 °C (298 K). Đối với các quá trình thu nhiệt (hấp thụ nhiệt), ΔH là một giá trị dương; đối với các quá trình tỏa nhiệt (giải phóng nhiệt) thì ΔH âm.

Enthalpy của khí lý tưởng không phụ thuộc vào áp suất hoặc thể tích của nó và chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, tương quan với năng lượng dưới dạng nhiệt. Khí ở thực tế ở nhiệt độ và áp suất thông thường thường gần đúng với khí lý tưởng, việc coi các các chất khí là khí lý tưởng giúp đơn giản hóa thiết kế thí nghiệm và phân tích nhiệt động lực học trong thực tiễn.

1. ^ IUPAC, Compendium of Chemical Terminology (Giản lược thuật ngữ hoá học), bản thứ 2 ("Gold Book") (1997). Bản đã chỉnh sửa trực tuyến: (2006–) "enthalpy". doi:10.1351/goldbook.E02141
2. ^ Atkins, Peter; de Paula, Julio (2006). Atkins' Physical Chemistry (ấn bản thứ 8). W.H.Freeman. tr. 51. ISBN 0-7167-8759-8.
3. ^ Laidler, Keith J.; Meiser, John H. (1999). Physical Chemistry (ấn bản thứ 3). Boston: Houghton Mifflin. tr. 66. ISBN 0-395-91848-0.