Dlaczego entalpii nie można mierzyć bezpośrednio? + Przykład

Dlaczego entalpii nie można mierzyć bezpośrednio? + Przykład
Anonim

Ponieważ jest to funkcja zmiennych, które nie są nazywane Zmienne naturalne. Zmienne naturalne to takie, które możemy łatwo zmierzyć na podstawie bezpośrednich pomiarów Tom, nacisk, i temperatura.

T: Temperatura

V: Tom

P: Ciśnienie

S: Entropia

G: Wolna energia Gibbsa

H: Entalpia

Poniżej znajduje się nieco rygorystyczna pochodna pokazująca, jak MOŻEMY mierzyć Entalpię, nawet pośrednio. Docieramy do wyrażenia, które pozwala nam zmierzyć entalpię w stałej temperaturze!

Entalpia jest funkcją Entropii, Ciśnienia, Temperatury i Objętości, z Temperaturą, Ciśnieniem i Objętością jako jej naturalnymi zmiennymi w tej relacji Maxwella:

#H = H (S, P) #

#dH = TdS + VdP # (Równ. 1) - Relacja Maxwella

Nie musimy tutaj używać tego równania; Chodzi o to, że nie możemy bezpośrednio zmierzyć Entropii (nie mamy „przepływomierza ciepła”). Musimy więc znaleźć sposób pomiaru Enthalpy za pomocą innych zmiennych.

Ponieważ Enthalpy jest powszechnie definiowany w kontekście temperatura i nacisk, rozważ wspólne równanie dla darmowej energii Gibbsa (funkcja temperatura i nacisk) i jego relacja Maxwella:

#DeltaG = DeltaH - TDeltaS # (Równ. 2)

#dG = dH - TdS # (Równ. 3) - Forma różnicowa

#dG = -SdT + VdP # (Równ. 4) - Relacja Maxwella

Stąd możemy napisać pochodną cząstkową w odniesieniu do ciśnienia w stałej temperaturze za pomocą równania. 3:

# ((deltaG) / (deltaP)) _ T = ((deltaH) / (deltaP)) _ T - T ((deltaS) / (deltaP)) _ T # (Równ. 5)

Korzystanie z równania 4, możemy wziąć pierwszą pochodną cząstkową, którą widzimy w równaniu. 5 (dla Gibbs). # -SdT # staje się 0 od #DeltaT = 0 #, i # deltaP # zostaje podzielony.

# ((deltaG) / (deltaP)) _ T = V # (Równ. 6)

Inną rzeczą, którą możemy napisać, ponieważ G jest funkcją stanu, są pochodne krzyżowe z relacji Maxwella, aby obliczyć połowę entropii równania. 5:

# - ((deltaS) / (deltaP)) _ T = ((deltaV) / (deltaT)) _ P # (Równ. 7)

Wreszcie możemy podłączyć Eqs. 6 i 7 w Eq. 5:

#V = ((deltaH) / (deltaP)) _ T + T ((deltaV) / (deltaT)) _ P # (Równ. 8-1)

I jeszcze bardziej to uprościć:

# ((deltaH) / (deltaP)) _ T = V - T ((deltaV) / (deltaT)) _ P # (Równ. 8-2)

No to jedziemy! Mamy funkcję, która opisuje, jak mierzyć entalpię „bezpośrednio”.

Mówi się, że możemy zacząć od zmierzenia zmiany objętości gazu, gdy zmienia się jego temperatura w środowisku o stałym ciśnieniu (takim jak próżnia). Więc mamy # ((deltaV) / (deltaT)) _ P #.

Potem, aby wziąć to dalej, możesz pomnożyć przez # dP # i integrować od pierwszego do drugiego ciśnienia. Następnie można uzyskać zmianę entalpii w określonej temperaturze, zmieniając ciśnienie naczynia.

#DeltaH = int_ (P_1) ^ (P_2) V - T ((deltaV) / (deltaT)) _ P dP # (Równ. 9)

Jako przykład można zastosować prawo gazu idealnego i uzyskać # ((deltaV) / (deltaT)) _ P = ((delta) / (deltaT) ((nRT) / P)) _ P = (nR) / P #

Możesz powiedzieć, że idealny jest wtedy gaz idealny

#DeltaH = int_ (P_1) ^ (P_2) V - V dP = 0 #

co oznacza, że entalpia zależy tylko od temperatury dla idealnego gazu! Schludny.