Enthalpy agus Atharrachadh Enthalpy
Ro-ràdh do Entalpaidh
'S e bun-bheachd teirmeadainimigeach deatamach a th' ann an entalpy ann an ceimigeachd agus fiosaig. Tha an teirm entalpy a' tighinn bhon fhacal Grèigeach àrsaidh a tha a' ciallachadh "teasachadh a-staigh" (en a' ciallachadh "taobh a-staigh" agus thalpein a' ciallachadh "teasachadh"). Chaidh a' bhun-bheachd a thoirt a-steach an toiseach leis an eòlaiche fiosaig Duitseach Heike Kamerlingh Onnes tràth san 20mh linn. Gu sìmplidh, tha entalpy a' toirt cunntas air an ìre iomlan de lùth ann an siostam comasach air obair a dhèanamh aig cuideam cunbhalach.
Gu matamataigeach, tha enthalpy (H) air a chur an cèill mar:
\[ H = U + PV \]
Càite
– Is e \(H \) an enthalpa,
– \(U \) 's e lùth a-staigh an t-siostaim,
– \(P \) 's e am bruthadh a th' ann, agus
– ’S e \(V \) an tomhas-lìonaidh.
'S e feart farsaing a th' ann an entalpy, a' ciallachadh gu bheil a luach an urra ri meud na stutha anns an t-siostam. Tha e glè chudromach ann am pròiseasan teirmeadainimigeach agus ath-bheachdan ceimigeach oir faodar an t-atharrachadh ann an entalpy a chleachdadh gus faighinn a-mach dè an ìre lùtha a thèid a leigeil ma sgaoil no a ghabhail a-steach ann am pròiseas.
Dreuchd Enthalpy ann an Ath-bheachdan Ceimigeach
Rè ath-bhualadh ceimigeach, bidh ceanglaichean ceimigeach eadar dadaman agus moileciuilean air am briseadh agus air an ath-chruthachadh. Tha am pròiseas seo a’ toirt a-steach atharrachadh ann an lùth a dh’ fhaodar a leigeil ma sgaoil no a ghabhail a-steach leis an t-siostam. Gu tric bidh an lùth seo air a thomhas a thaobh an atharrachaidh ann an enthalpy (ΔH).
Ma tha an t-atharrachadh enthalpy àicheil (ΔH < 0), tha an ath-bhualadh eisitearmach, a’ ciallachadh gu bheil e a’ leigeil a-mach lùth don àrainneachd. Is e eisimpleir cumanta de ath-bhualadh eisitearmach losgadh, far a bheil connadh ag ath-bhualadh le ocsaidean gus teas is solas a thoirt gu buil.
Air an làimh eile, ma tha an t-atharrachadh enthalpy deimhinneach (ΔH > 0), tha an ath-bhualadh endothermic, a’ ciallachadh gu bheil e a’ gabhail a-steach lùth bhon àrainneachd. Is e eisimpleir de ath-bhualadh endothermic foto-co-chur, anns am bi lusan a’ gabhail a-steach lùth na grèine gus carbon dà-ogsaid agus uisge a thionndadh gu glùcois agus ocsaidean.A’ tomhas atharrachadh enthalpy
Gus an t-atharrachadh enthalpy ann an ath-bhualadh ceimigeach obrachadh a-mach, bidh sinn tric a’ cleachdadh dàta calorimeatrach no lagh Hess. ’S e an t-atharrachadh enthalpy àbhaisteach (ΔH) an t-atharrachadh enthalpy ann an ath-bhualadh a thachras aig cuideam de 1 atm agus teòthachd shònraichte (mar as trice 25°C no 298 K).
Dàta Calorimetry
'S e dòigh deuchainneach a th' ann an calorimeatraidh a thathar a' cleachdadh gus tomhas a dhèanamh air an ìre teas a tha an sàs ann an ath-bhualadh ceimigeach. Canar calorimeatar ris an ionnsramaid a thathar a' cleachdadh san deuchainn seo. Le bhith a' cleachdadh calorimeatar, is urrainn dhuinn an t-atharrachadh teòthachd a thachras rè ath-bhualadh a thomhas, agus faodar an uairsin atharrachadh ann an enthalpy a thionndadh gu atharrachadh ann an enthalpy.
Lagh Hess
Tha Lagh Hess ag ràdh gu bheil an t-atharrachadh enthalpy iomlan ann an ath-bhualadh ceimigeach neo-eisimeileach bhon t-slighe a ghabhas e, ach gu bheil e an urra ris na staidean tùsail agus deireannach a-mhàin. Tha seo a’ ciallachadh gun urrainn dhuinn dàta aithnichte a chleachdadh bho na diofar ìrean de ath-bhualadh gus an t-atharrachadh enthalpy iomlan obrachadh a-mach. Mar eisimpleir, ma ghabhas ath-bhualadh a roinn ann an grunn cheumannan nas lugha le atharrachaidhean enthalpy aithnichte, is urrainn dhuinn enthalpaidhean gach ceum a chur ri chèile gus an t-atharrachadh enthalpy iomlan a lorg.
Faodar lagh Hess a chur an cèill ann am foirmle shìmplidh:
[ΔH_{iomlan} = sum ΔH_{ath-bhualadh}]
Cleachdaidhean Enthalpy ann an Gnìomhachas
Tha bun-bheachdan enthalpy agus atharrachaidhean enthalpy deatamach ann an diofar ghnìomhachasan, gu h-àraidh an fheadhainn a tha co-cheangailte ri lùth agus ceimigean. Seo cuid de na cleachdaidhean cudromach:
Gnìomhachas Lùtha
Ann an gnìomhachas gineadh lùtha, ge bith an e connadh fosail, cumhachd niùclasach, no lùth ath-nuadhachail a th’ ann, tha èifeachdas siostaim gu mòr an urra ri enthalpy. Mar eisimpleir, ann an ionad cumhachd smùide, tha èifeachdas teirmeadainimigeach air a dhearbhadh leis an eadar-dhealachadh enthalpy eadar an cuir-a-steach (uisge leaghaidh mar as trice) agus an toradh (smùid ro-theth). Faodaidh an t-atharrachadh enthalpy seo a bhith air a bharrachadh èifeachdas lùtha iomlan a leasachadh.
Ceimigeach Gnìomhachais
Anns a’ ghnìomhachas cheimigeach, tha tuigse air atharrachaidhean enthalpy deatamach airson pròiseasan èifeachdach a dhealbhadh agus smachd a chumail air ath-bheachdan exothermic no endothermic. Mar eisimpleir, ann an cinneasachadh ammonia tron phròiseas Haber, thathas a’ cleachdadh atharrachaidhean enthalpy gus ro-innse agus smachd a chumail air suidheachaidhean ath-bhualadh gus na toraidhean as fheàrr fhaighinn.
Gnìomhachas Bidhe is Cungaidhean-leigheis
Anns na gnìomhachasan bìdh is cungaidh-leigheis, thathas a’ cleachdadh atharrachaidhean enthalpy gus pròiseasan leithid pasteurachadh, sterilachadh agus tiormachadh a dhealbhadh agus a bharrachadh. Bidh na pròiseasan sin gu tric ag iarraidh smachd teann air teòthachd gus dèanamh cinnteach à sàbhailteachd agus càileachd toraidh, agus mar sin tha tuigse mhath air atharrachaidhean enthalpy riatanach.
Sgrùdadh Cùise: Atharrachadh Enthalpy ann am Pròiseas Haber
’S e pròiseas Haber eisimpleir air leth math air mar a thathar a’ cleachdadh atharrachaidhean enthalpy anns a’ ghnìomhachas cheimigeach. Bithear a’ cleachdadh a’ phròiseis seo gus ammonia (\(NH_3 \)) a dhèanamh bho naitridean (\(N_2 \)) agus haidridean (\(H_2 \)).
Is iad na h-ath-bheachdan ceimigeach a tha a’ tachairt:
[N₂ (g) + 3 H₂ (g) ≥ 2 NH₃ (g)]
Tha an ath-bhualadh seo easothermach le atharrachadh enthalpy àbhaisteach de mu ΔH = -92.4, kJ/mol. Le fios aca gu bheil an ath-bhualadh seo a’ leigeil a-mach lùth, faodaidh innleadairean ceimigeach an reactar a dhealbhadh gus an teas a thèid a leigeil ma sgaoil a riaghladh agus an toradh ammonia a mheudachadh.
Co-dhùnadh
Tha entalpy agus atharrachaidhean entalpy nan bun-bheachdan bunaiteach ann an teirmodynamics agus ceimigeachd a chuidicheas sinn gus lùth ann an siostam a thuigsinn agus a smachdachadh. Bho ath-bheachdan ceimigeach sìmplidh gu pròiseasan gnìomhachais iom-fhillte, tha pàirt chudromach aig atharrachaidhean entalpy ann an èifeachdas agus èifeachdas lùtha. Le bhith a’ tuigsinn agus a’ cur an sàs nam bun-bheachdan seo, is urrainn dhuinn pròiseasan nas fheàrr, nas èifeachdaiche agus nas càirdeile don àrainneachd a dhealbhadh thar raon farsaing de ghnìomhachasan.
