Perché l'entalpia è una proprietà estesa? + Esempio

Perché l'entalpia è una proprietà estesa? + Esempio
Anonim

Innanzitutto, una proprietà estesa è quella che dipende dalla quantità di materiale presente. Ad esempio, la massa è una proprietà estesa perché se raddoppi la quantità di materiale, la massa raddoppia. Una proprietà intensiva è una proprietà che non dipende dalla quantità di materiale presente. Esempi di proprietà intensive sono la temperatura # T # e pressione # P #.

L'entalpia è una misura del contenuto di calore, quindi maggiore è la massa di qualsiasi sostanza, maggiore è la quantità di calore che può contenere a qualsiasi temperatura e pressione particolare.

Tecnicamente, l'entalpia è definita come l'integrale della capacità termica a pressione costante dallo zero assoluto alla temperatura di interesse, comprese eventuali variazioni di fase. Per esempio, #DeltaH = int_ (T_ (0K)) ^ (T_ "obiettivo") C_PdT #

# = int_ (T_ (0K)) ^ (T_ "fus") C_PdT + DeltaH_ "fus" + int_ (T_ "fus") ^ (T_ "vap") C_PdT + DeltaH_ "vap" + int_ (T_ "vap") ^ (T_ "obiettivo") C_PdT #

se supponiamo che la temperatura di interesse sia superiore al punto di ebollizione. Quindi, passiamo attraverso #T_ (0K) -> T_ "fus" -> T_ "vap" -> T_ "obiettivo" #.

Se due campioni sono identici alla stessa temperatura e pressione, salvo che il campione B ha il doppio della massa del campione A, allora l'entalpia del campione B è due volte quella del campione A.

Ecco perché i valori di entalpia sono solitamente indicati come J / mol o kJ / mol. Se moltiplichi il valore quotato per il numero di moli di sostanza, ottieni l'entalpia in J o kJ.

Risposta:

L'entalpia per definizione (unità di J) è una proprietà estesa in quanto è proporzionale alla quantità di componenti nel sistema in questione. Tuttavia, è anche una proprietà intensiva se quotata in kJ / mol o kJ / kg.

Spiegazione:

entalpia, # H #, è definito come

#H = U + pV #

# U = "energia interna" #

# P = # "pressione"

# V = "volume" #

Tuttavia, non possiamo misurare direttamente l'entalpia totale di un sistema, quindi possiamo solo misurare le variazioni in entalpia.

Un cambiamento nell'entalpia è il calore evoluto o assorbito a pressione costante in una reazione / processo specifico.

Questo cambiamento nell'entalpia a pressione costante è ora dato da

# ΔH = ΔU + pΔV #

L'unità SI per un cambiamento di entalpia è il joule (J), e dipende da quanti dei componenti del sistema si hanno. Maggiore è il numero di sostanze che hai, più calore può essere assorbito o rilasciato per un dato cambiamento. Ad esempio, la vaporizzazione di 100 g di acqua richiede il doppio della quantità di energia come lo stesso processo per 50 g di acqua. Questo rende l'entalpia una proprietà estesa.

Tuttavia, le tabelle dei valori di entalpia sono comunemente citate come entalpia molare (kJ / mol) e entalpia specifica (kJ / kg). Si tratta di proprietà intensive poiché tengono già conto della quantità dei componenti (una talpa o un kg).

Esistono diversi tipi di cambiamenti di entalpia come cambiamenti di fase, entalpie di reazione e così via. Potrebbero essere dati in kJ o kJ / mol. Quale stabilisce se si tratta di una proprietà intensiva o estesa.

Ecco il mio fondamento logico per mezzo di un esempio e di un'analogia. Nota che stiamo usando kJ invece di J, in quanto è quello che viene comunemente usato.

Per vaporizzare una mole di acqua a 298 K

# ΔH = 44 "kJ" #

o

# ΔH_ "vap" (H_2O) = 44 "kJ / mol" #

Queste due quantità sono correlate dall'espressione

# ΔH_ "vap" (H_2O) = (ΔH) / n #

Il cambiamento di entalpia (# # AH) è esteso, mentre l'entalpia molare della vaporizzazione (# ΔH_ "VAP" (H_2O) #) è intenso.

Ora diamo un'occhiata alla densità, che è una proprietà intensiva. Le seguenti due equazioni sono comparabili

# "Densità" = "di massa" / "Volume" #

e

# ΔH_ "vap" (H_2O) = (ΔH) / n #

Il cambio di entalpia per un certo ammontare (n) è dato in kJ da

# ΔH = ΔH_ "vap" (H_2O) * n #

proprio come la massa in un dato volume di sostanze è data da

# "Di massa" = "densità" * "volume" #

Come vedi

# "Densità" - = ΔH_ "VAP" (H_2O) #

# "Di massa" - = AH #

#"densità"# e # ΔH_ "VAP" (H_2O) # sono intensivi, mentre #"massa"# e # # AH sono estesi.