Cos'è l'entalpia?
L'entalpia è la quantità di calore che un sistema termodinamico rilascia o assorbe dall'ambiente che lo circonda quando è a pressione costante, intendendo per sistema termodinamico qualsiasi oggetto.
In fisica e chimica, l'entalpia è una grandezza termodinamica la cui unità di misura è il Joule (J) ed è rappresentato dalla lettera H.
La formula per calcolare l'entalpia è:
H = E + PV
Dove:
- H è l'entalpia.
- E è l'energia del sistema termodinamico.
- P è la pressione del sistema termodinamico.
- V è il volume.
In questa formula, il prodotto della pressione moltiplicato per il volume (PV), è uguale al lavoro meccanico che viene applicato al sistema.
Perciò, l'entalpia è uguale all'energia di un sistema termodinamico più il lavoro meccanico ad esso applicato.
Tuttavia, l'entalpia di un sistema può essere misurata solo nel momento in cui si verifica un cambiamento di energia. La variazione, rappresentata dal segno Δ, dà origine ad una nuova formula:
H = ∆E + P∆V
Ciò significa che la variazione di entalpia (∆H) è uguale alla variazione di energia (∆E) più il lavoro meccanico applicato al sistema (P∆V).
L'entalpia deriva dal greco enthálpō, che significa aggiungere o aggiungere calore. Il termine fu coniato per la prima volta dal fisico olandese Heike Kamerlingh Onnes, vincitore del Premio Nobel per la fisica nel 1913.
Tipi di entalpia
Esistono diversi tipi di entalpia a seconda delle sostanze e dei processi coinvolti. Quando il processo prevede il rilascio di energia, si tratta di una reazione esotermica, mentre la cattura di energia significa che si tratta di una reazione endotermica.
Sulla base di quanto sopra, le entalpie sono classificate in:
Entalpia di formazione
È l'energia necessaria per formare una mole di una sostanza dagli elementi che la compongono. Ricordiamo che la mole è l'unità di misura della sostanza equivalente a 6.023x1023 atomi o molecole.
Un esempio di entalpia di formazione è l'unione di ossigeno (O) e idrogeno (H) per formare acqua (H2O), la cui variazione di energia o entalpia (ΔH) è -285.820 KJ/mol.
Entalpia di reazione
È l'energia rilasciata da una reazione chimica sotto pressione costante.
Un esempio di entalpia di reazione è la formazione di metano (CH4) dall'unione di carbonio (C) e idrogeno (H):
C + 2H2 → CH4
Vedi anche Reazione chimica.
Entalpia di soluzione
Si riferisce alla quantità di calore ceduta o assorbita da una sostanza quando si dissolve in soluzione acquosa.
Un esempio di entalpia di soluzione è ciò che accade sciogliendo l'acido solforico (H2SW4) in acqua (H2O). La quantità di energia rilasciata dall'acido è così elevata che è una soluzione che deve essere utilizzata con determinate misure di sicurezza.
Entalpia di neutralizzazione
È l'energia che viene catturata o rilasciata quando un acido e una base si mescolano, neutralizzandosi a vicenda.
Un esempio di entalpia di neutralizzazione è quando mescoliamo l'acido acetico (CH₃COOH) con il bicarbonato (NaHCO₃).
Vedi anche Acidi e basi.
Entalpia di combustione
È l'energia rilasciata quando una mole di sostanza organica reagisce con l'ossigeno nell'aria e rilascia anidride carbonica (CO2).
Un esempio di entalpia di combustione è quello generato dal gas propano (C3H8), che rilascia energia che viene utilizzata come combustibile domestico:
C3H8 + 5 O2 → 3CO2+ 4H2O
Libero 2.044 x 103 KJ / moli
La variazione di entalpia (ΔH) = -2.044x10 3 KJ / mol
Vedi anche Combustione.
Entalpia di decadimento
È la quantità di calore o energia che viene rilasciata quando una mole di sostanza si decompone in elementi più semplici.
Un esempio di entalpia di decomposizione è quando il perossido di idrogeno o il perossido di idrogeno si decompone per formare acqua e ossigeno:
2H2O2→ 2H2O + O2
Vengono rilasciati 96.5KJ/mol
La variazione di entalpia (ΔH) = 96.5KJ / mol
Entalpia di dissoluzione
Si riferisce alla quantità di calore o energia che una sostanza cattura o cede quando viene aggiunta più acqua alla soluzione.
Un esempio di entalpia di dissoluzione È quando aggiungiamo il detersivo in polvere all'acqua.
Vedi anche Soluzione chimica.
Entalpia di cambiamento di fase
Si riferisce allo scambio di energia che si verifica quando un elemento cambia stato (solido, liquido o gas). In questo senso abbiamo:
- Entalpia di fusione: la variazione di entalpia nel passaggio dallo stato solido a quello liquido
- Entalpia di sublimazione: la variazione di entalpia nel passaggio da solido a gas.
- Entalpia di evaporazione: il passaggio da liquido a gas.
Un esempio di entalpia a cambiamento di fase Questo è ciò che accade nel ciclo dell'acqua, poiché quando si passa da uno stato liquido a uno stato gassoso o solido (o qualsiasi loro possibile combinazione) l'acqua rilascia o assorbe energia. In questo caso la variazione di energia nel passaggio dell'acqua da liquido a gas a 100°C è pari a 40,66 KJ/mol.
Guarda anche:
- Reazione endotermica.
- Reazione esotermica.
A cosa serve l'entalpia?
L'entalpia viene utilizzata per misurare con precisione le variazioni di energia che si verificano in un sistema, sia al momento del prelievo che del rilascio di energia nell'ambiente.
L'entalpia è un concetto complesso in termodinamica che viene raramente utilizzato nella vita di tutti i giorni, poiché non calcoliamo l'energia necessaria per riscaldare l'acqua per il tè, ad esempio. Tuttavia, è possibile capire come funziona con un esempio quotidiano.
Quando facciamo bollire l'acqua, la sua temperatura aumenta progressivamente fino a raggiungere il punto di ebollizione (100°C). In questo caso si parla di entalpia negativa, poiché il sistema termodinamico doveva prendere energia dall'ambiente per aumentarne la temperatura.
Quando invece lasciamo raffreddare un po' quella stessa acqua dopo essere stata bollita, la sua temperatura inizia a scendere progressivamente senza bisogno di interventi esterni. In questo caso si tratta di entalpia positiva, poiché l'energia viene rilasciata nell'ambiente.
Entalpia ed entropia
L'entropia è una quantità fisica che misura la quantità di energia in un sistema che non è disponibile. Calcolando questa grandezza è possibile conoscere il grado di disordine o caos nella struttura di un sistema.
La relazione tra entalpia ed entropia è data dall'equilibrio del sistema. A bassa entalpia (scambio energetico), il sistema tende all'equilibrio; ma allo stesso tempo l'entropia aumenta, poiché c'è una maggiore possibilità di caos nel sistema.
Da parte sua, un'entropia minima implica un livello di caos inferiore e quindi lo scambio di energia (entalpia) sarà maggiore.
