Термодинамические потенциалы |
---|
![]() |
Статья является частью серии «Термодинамика». |
Внутренняя энергия |
Энтальпия |
Свободная энергия Гельмгольца |
Энергия Гиббса |
Большой термодинамический потенциал (Ω) |
Разделы термодинамики |
Начала термодинамики |
Уравнение состояния |
Термодинамические величины |
Термодинамические потенциалы |
Термодинамические циклы |
Фазовые переходы |
править |
Энтальпи́я, также термодинамическая функция и теплосодержание — термодинамический потенциал, характеризующий состояние системы в термодинамическом равновесии при выборе в качестве независимых переменных давления, энтропии и числа частиц.
Если термомеханическую систему рассматривать как состоящую из макротела (газа) и поршня с грузом Р = p S, уравновешивающего давление газа р внутри сосуда, то такая система называется расширенной.
Энтальпия или энергия расширенной системы Е равна сумме внутренней энергии газа U и потенциальной энергии поршня с грузом Eпот = pSx = pV
Таким образом, энтальпия в данном состоянии представляет собой сумму внутренней энергии тела и работы, которую необходимо затратить, чтобы тело объёмом V ввести в окружающую среду, имеющую давление р и находящуюся с телом в равновесном состоянии. Энтальпия системы H — аналогично внутренней энергии — имеет вполне определенное значение для каждого состояния, т. е. является функцией состояния. Следовательно, в процессе изменения состояния
Энтальпией системы удобно пользоваться в тех случаях, когда в качестве независимых переменных, определяющих состояние системы, выбирают давление р и температуру Т
Энтальпия — величина аддитивная, т. е. для сложной системы равна сумме энтальпий её независимых частей .
Энтальпия определяется с точностью до постоянного слагаемого, которому в термодинамике часто придают произвольные значения (например, при расчете и построении тепловых диаграмм). При наличии немеханических сил величина энтальпии системы равна
где обобщённая координата.
— обобщённая сила; —Изменение энтальпии не зависит от пути процесса, так как изменение объёма при постоянном давлении определяется только начальным и конечным состоянием системы.
Если система каким-либо путём возвращается в исходное состояние (круговой процесс), то изменение любого её параметра равно нулю, а отсюда
и .Примеры: Неорганические соединения (при 25 °C)
Стандартная энтальпия реакции
Хим соединение | Фаза (вещества) | Хим формула | Δ Hf0 кДж/моль |
---|---|---|---|
Аммиак | aq | NH3 (NH4OH) | −80.8 |
Аммиак | g | NH3 | −46.1 |
Натрия карбонат | s | Na2CO3 | −1131 |
Натрия хлорид (соль) | aq | NaCl | −407 |
Натрия хлорид (соль) | s | NaCl | −411.12 |
Натрия хлорид (соль) | l | NaCl | −385.92 |
Натрия хлорид (соль) | g | NaCl | −181.42 |
Гидроксид натрия | aq | NaOH | −469.6 |
Гидроксид натрия | s | NaOH | −426.7 |
Нитрат натрия | aq | NaNO3 | −446.2 |
Нитрат натрия | s | NaNO3 | −424.8 |
Диоксид серы | g | SO2 | −297 |
Серная кислота | l | H2SO4 | −814 |
Кремния диоксид | s | SiO2 | −911 |
Диоксид азота | g | NO2 | +33 |
Монооксид азота | g | NO | +90 |
Вода | l | H2O | −286 |
Вода | g | H2O | −241.8 |
Диоксид углерода | g | CO2 | −393.5 |
Водород | g | H2 | 0 |
Фтор | g | F2 | 0 |
Хлор | g | Cl2 | 0 |
Бром | l | Br2 | 0 |
Бром | g | Br2 | 0 |
- (Фаза: g — газоообразный; l — жидкий; s — твёрдый; aq = сольватированный)
Инвариантная энтальпия в релятивистской термодинамике
При построении релятивистской термодинамики (с учетом специальной теории относительности) обычно наиболее удобным подходом является использование так называемой инвариантной энтальпии — для системы, находящейся в некотором сосуде.
При этом подходе температура лоренц-инвариант. Энтропия — также инвариант. Поскольку стенки влияют на систему, наиболее естественной независимой переменной является давление , в связи с чем в качестве термодинамического потенциала удобно брать именно энтальпию.
определяется какДля такой системы «обычная» энтальпия и импульс системы 4-вектор, и за определение инвариантной энтальпии, одинаковой во всех системах отсчёта, берётся инвариантная функция этого 4-вектора:
образуютОсновное уравнение релятивистской термодинамики записывается через дифференциал инвариантной энтальпии следующим образом:
Пользуясь этим уравнением, можно решить любой вопрос термодинамики движущихся систем, если известна функция
.Источники
- Болгарский А. В., Мухачев Г. А., Щукин В. К., «Термодинамика и теплопередача» Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: «Высшая школа», 1975, 495 с.
- Харин А. Н., Катаева Н. А., Харина Л. Т., под ред. проф. Харина А. Н. «Курс химии», М.: «Высшая школа», 1975, 416 с.