Кіріспе
Термодинамикалық жүйедегі энергияның өлшемі. Термодинамикада энтальпия '/ɛ/n/θ/əl/p/i/audio=en US энтальпия.ogg/', термодинамикалық жүйенің ішкі энергиясының және оның қысымы мен көлемінің көбейтіндісінің қосындысы болып табылады. Бұл химиялық, биологиялық және физикалық жүйелерде тұрақты сыртқы қысымда көптеген өлшемдерде қолданылатын күй функциясы, ал мұндай жағдай атмосфераның кең көлемімен қамтамасыз етіледі. Қысым-көлем шарттары жүйенің физикалық өлшемдерін белгілі бір соңғы көлемге дейін (V) орнату үшін тұрақты сыртқы қысымға қарсы атқарылған жұмысты көрсетеді, яғни оған орын беру үшін қоршаған ортаны ығыстыру арқылы. Қатты және сұйық заттар үшін қысым-көлем шарттары өте шағын, ал газдар үшін де салыстырмалы түрде кішкентай. Сондықтан энтальпия химиялық жүйелердегі энергияның орнына қолданылады; байланыс, кристалдық тор, еріту және басқа химиялық "энергиялар" іс жүзінде энтальпия айырмашылықтары болып табылады. Күй функциясы ретінде энтальпия тек ішкі энергияның, қысымның және көлемнің соңғы жағдайына ғана байланысты, ал оған жету жолына емес. Халықаралық бірліктер жүйесінде (SI) энтальпияны өлшеу бірлігі – джоуль. Басқа тарихи бірліктерге калория және британдық жылу бірлігі (BTU) жатады. Жүйенің жалпы энтальпиясын тікелей өлшеу мүмкін емес, себебі ішкі энергияда белгісіз, анықтау қиын немесе термодинамикалық есептеулер үшін маңызды емес компоненттер бар. Практикада тұрақты қысымдағы өлшемдер үшін энтальпияның өзгеруі артықшылықты болып табылады, өйткені ол энергия алмасуын сипаттауды жеңілдетеді. Егер жүйеге немесе одан материя алмасуы болмаса және электрлік немесе механикалық жұмыс (араластыру білігі немесе сорғылау) атқарылмаса, тұрақты қысымда энтальпияның өзгеруі ортамен жылу алмасу арқылы алынған немесе берілген энергияға тең болады. Химияда реакцияның стандартты энтальпиясы – реакция кезінде стандартты жағдайдағы (әдетте 298 K және 1 атм) реагенттер өнімдерге стандартты жағдайда аусқандағы энтальпияның өзгеруі. Бұл шама тұрақты қысым мен температурадағы реакцияның стандартты жылуы болып табылады, бірақ температура өзгерген жағдайда да калориметриялық әдістермен өлшенеді, егер бастапқы және соңғы қысым мен температура стандартты жағдайға сәйкес келсе. Энтальпия күй функциясы болғандықтан, құны бастапқы күйден соңғы күйге дейінгі жолға тәуелді емес. Химиялық заттардың энтальпиясы әдетте стандартты жағдай ретінде қысым үшін көрсетіледі. Реакциялардың энтальпиясы мен энтальпиялық өзгерістері температураға байланысты өзгереді, бірақ кестелерде әдетте заттардың түзілуінің стандартты жылулары келтіріледі. Эндотермиялық (жылуды сіңіретін) процестер үшін ΔH өзгеруі оң мәнді, ал экзотермиялық (жылуды бөліп шығаратын) процестер үшін теріс болады. Идеал газдың энтальпиясы оның қысымы мен көлеміне тәуелді емес және тек температурасына байланысты, ол оның жылу энергиясына сәйкес келеді. Нақты газдардың көпшілігі қалыпты температура мен қысымда осы мінез-құлыққа жақын болады, бұл практикалық термодинамикалық жобалау мен талдауды жеңілдетеді.
In thermodynamics, enthalpy '/ɛ//n//θ//əl//p//i//audio=en US enthalpy. ogg/, is the sum of a thermodynamic system's internal energy and the product of its pressure and volume. It is a state function used in many measurements in chemical, biological, and physical systems at a constant external pressure, which is conveniently provided by the large ambient atmosphere. The pressure–volume term expresses the work that was done against constant external pressure to establish the system's physical dimensions from to some final volume (as ), i. e. to make room for it by displacing its surroundings. The pressure volume term is very small for solids and liquids at common conditions, and fairly small for gases. Therefore, enthalpy is a stand in for energy in chemical systems; bond, lattice, solvation, and other chemical "energies" are actually enthalpy differences. As a state function, enthalpy depends only on the final configuration of internal energy, pressure, and volume, not on the path taken to achieve it. In the International System of Units (SI), the unit of measurement for enthalpy is the joule. Other historical conventional units still in use include the calorie and the British thermal unit (BTU). The total enthalpy of a system cannot be measured directly because the internal energy contains components that are unknown, not easily accessible, or are not of interest for the thermodynamic problem at hand. In practice, a change in enthalpy is the preferred expression for measurements at constant pressure, because it simplifies the description of energy transfer. When transfer of matter into or out of the system is also prevented and no electrical or mechanical (stirring shaft or lift pumping) work is done, at constant pressure the enthalpy change equals the energy exchanged with the environment by heat. In chemistry, the standard enthalpy of reaction is the enthalpy change when reactants in their standard states ( usually ) change to products in their standard states. This quantity is the standard heat of reaction at constant pressure and temperature, but it can be measured by calorimetric methods even if the temperature does vary during the measurement, provided that the initial and final pressure and temperature correspond to the standard state. The value does not depend on the path from initial to final state because enthalpy is a state function. Enthalpies of chemical substances are usually listed for pressure as a standard state. Enthalpies and enthalpy changes for reactions vary as a function of temperature,
but tables generally list the standard heats of formation of substances at For endothermic (heat absorbing) processes, the change ΔH is a positive value; for exothermic (heat releasing) processes it is negative. The enthalpy of an ideal gas is independent of its pressure or volume, and depends only on its temperature, which correlates to its thermal energy. Real gases at common temperatures and pressures often closely approximate this behavior, which simplifies practical thermodynamic design and analysis.
Характерлік функциялар және табиғи күйдің айнымалылары
Энтальпия энергияны бейнелеуде жүйенің термодинамикасын көрсетеді. Күй функциясы ретінде, оның аргументтері бір қарқынды және бірнеше кеңейтілген күй айнымалыларын қамтиды. P және y күй айнымалылары осы бейнелеудегі табиғи күй айнымалылары деп аталады. Олар қоршаған орта факторларымен анықталатын процестерді сипаттауға ыңғайлы. Мысалы, атмосфералық ауаның виртуальды бөлігі басқа биіктікке көтерілгенде, оны қоршаған қысым өзгереді және процесс көбінесе соншалықты жылдам болады, жылу алмасуға жеткілікті уақыт болмайды. Бұл метеорологияда қолданылатын адиабатикалық жуықтаудың негізі болып табылады. Энтальпиямен байланысты, осы аргументтермен термодинамикалық жүйенің тағы бір сипаттамалық күй функциясы – энтропия, күй айнымалыларының сол тізімінің функциясы ретінде, бірақ энтропия, S[p], тізімде энтальпиямен, H, ауыстырылады. Ол энтропияны көрсетеді. H, p және y күй айнымалылары осы бейнелеудегі табиғи күй айнымалылары деп аталады. Олар эксперименттік түрде бақыланатын процестерді сипаттауға ыңғайлы. Мысалы, H және p жылу алмасуға рұқсат беру арқылы және жүйенің көлемін анықтайтын поршеньдегі сыртқы қысымды өзгерту арқылы басқарылуы мүмкін.
Физикалық түсіндіру
U термині – жүйенің энергиясы, ал pV термині – жүйенің қоршаған ортаның қысымы тұрақты болған жағдайда, оған "орын жасау" үшін қажетті жұмыс ретінде қарастырылуы мүмкін. Мысалы, n моль көлемді V газы p қысымда және T температурада абсолюттік нөлден құрылған немесе қазіргі күйіне келтірілген кезде, оған U + pV тең энергия берілуі керек, мұнда pV – қоршаған ортаның (атмосфералық) қысымына қарсы жасалған жұмыс. Физика және статистикалық механикада тұрақты көлемді жүйенің ішкі қасиеттерін зерттеу көбірек қызығушылық тудыруы мүмкін, сондықтан ішкі энергия қолданылады. Химияда тәжірибелер көбінесе тұрақты атмосфералық қысымда жүргізіледі, ал қысым-көлем жұмысы атмосферамен энергия алмасудың шағын, нақты анықталған түрін көрсетеді, сондықтан ΔH реакцияның жылуына сәйкес келеді. Жылу машинасы үшін толық цикл аяқталғаннан кейін оның энтальпиясының өзгеруі нөлге тең болады, себебі соңғы және бастапқы күйлері бірдей.
Қолданбалар
Термодинамикада энтальпияны "ешнәрседен" жүйе құруға қажетті талаптарды анықтау арқылы есептеуге болады; қажетті механикалық жұмыс термодинамикалық жүйені құру барысындағы жағдайларға байланысты өзгереді. Жүйенің құрылуына орын беру үшін қоршаған ортадан бөлшектерді алып тастау үшін энергия жеткізу қажет, бұл ретте қысым p тұрақты деп есептелінеді; жеткізілген энергия ішкі энергияның өзгеруін де қамтамасыз етуі керек, оған активациялық энергия, иондану энергиясы, араласу энергиясы, булану энергиясы, химиялық байланыс энергиясы және тағы басқалары кіреді. Барлығы бірге энтальпияның өзгеруін құрайды. Тұрақты қысымдағы жүйелерде, pV жұмысынан басқа сыртқы жұмыс істелмесе, энтальпияның өзгеруі жүйе алған жылуға тең болады. Тұрақты қысымдағы және тұрақты мөлшердегі бөлшектері бар қарапайым жүйе үшін энтальпияның айырмасы – изобарикалық термодинамикалық процестен алынатын жылу энергиясының максималды мөлшері.
Конкретті энтальпия
Біртұтас жүйенің меншікті энтальпиясы жүйенің массасы m арқылы анықталады. Меншікті энтальпияның СИ жүйесіндегі өлшем бірлігі – килограммға шаққандағы джоуль. Оны басқа нақты шамалар арқылы да өрнектеуге болады: h = u + pv, мұнда u – меншікті ішкі энергия, p – қысым, v – меншікті көлем, ал v = 1/ρ, ρ – тығыздық.