Enthalpy - มันคืออะไรในคำง่ายๆ เข้าสู่อุณหพลศาสตร์

พลังงานภายในพลังงานของร่างกายขึ้นอยู่กับสถานะภายในเท่านั้น แนวคิดเรื่องพลังงานภายในรวมพลังงานทุกประเภทของร่างกายเข้าด้วยกัน ยกเว้นพลังงานจากการเคลื่อนไหวโดยรวมและพลังงานศักย์ที่ร่างกายสามารถครอบครองได้หากอยู่ในสนามพลังบางอย่าง (เช่น ใน สนามแรงโน้มถ่วง)

เอนทัลปี (H) เป็นคุณสมบัติของสารที่ระบุปริมาณพลังงานที่สามารถแปลงเป็นความร้อนได้

เอนทัลปีเป็นคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ของสารที่ระบุระดับพลังงานที่เก็บไว้ในโครงสร้างโมเลกุล

ซึ่งหมายความว่าแม้ว่าสารจะสามารถมีพลังงานได้ตามอุณหภูมิและความดัน แต่ไม่ใช่ทั้งหมดที่สามารถเปลี่ยนเป็นความร้อนได้ พลังงานภายในส่วนหนึ่งจะยังคงอยู่ในสสารและรองรับมันเสมอ โครงสร้างโมเลกุล- ส่วนหนึ่ง พลังงานจลน์สารจะไม่สามารถเข้าถึงได้เมื่ออุณหภูมิเข้าใกล้อุณหภูมิโดยรอบ ดังนั้นเอนทาลปีคือปริมาณพลังงานที่สามารถแปลงเป็นความร้อนได้ที่อุณหภูมิและความดันที่กำหนด หน่วยเอนทาลปี - อังกฤษ หน่วยความร้อนหรือจูลสำหรับพลังงาน และ J/kg สำหรับพลังงานจำเพาะ

เอนทาลปีหรือพลังงานของระบบขยาย E เท่ากับผลรวมของพลังงานภายในของก๊าซ U และพลังงานศักย์ของลูกสูบที่มีภาระ Epot = pSx = pV

ดังนั้น เอนทาลปีในสถานะที่กำหนดคือผลรวมของพลังงานภายในของร่างกายและงานที่ต้องใช้เพื่อนำเนื้อหาที่มีปริมาตร V เข้ามา สิ่งแวดล้อมมีความดัน p และอยู่ในภาวะสมดุลกับร่างกาย เอนทาลปีของระบบ H ซึ่งคล้ายกับพลังงานภายใน มีค่าเฉพาะเจาะจงมากสำหรับแต่ละสถานะ: ΔH = H2 − H1

หากระบบกลับสู่สถานะเดิม (กระบวนการแบบวงกลม) การเปลี่ยนแปลงในพารามิเตอร์ใดๆ ของระบบจะเท่ากับศูนย์ และด้วยเหตุนี้ ΔU = 0 และ ΔH = 0

เอนโทรปีเป็นแนวคิดที่ปรากฏครั้งแรกในอุณหพลศาสตร์เพื่อใช้วัดการกระจายพลังงานที่ไม่สามารถย้อนกลับได้

เอนโทรปี (S (J/K)) สัมพันธ์กับจำนวน (W) ของสถานะจุลภาคที่มีความเป็นไปได้เท่ากัน ซึ่งสามารถทราบถึงสถานะมหภาคของระบบตามสมการ

โดยที่ K คือสัมประสิทธิ์สัดส่วน

ตามหลักการแล้ว ผลึกที่สร้างขึ้นอย่างถูกต้องที่ศูนย์สัมบูรณ์จะมีเอนโทรปีต่ำที่สุด เอนโทรปีของคริสตัลที่มีความผิดปกติจะมากกว่าเล็กน้อย

เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น เอนโทรปีจะเพิ่มขึ้นเสมอ และจะเพิ่มขึ้นเมื่อสารเปลี่ยนจากสถานะผลึกเป็นสถานะของเหลว และโดยเฉพาะอย่างยิ่งในระหว่างการเปลี่ยนจากของเหลวเป็นสถานะก๊าซ

เอนโทรปีขึ้นอยู่กับสถานะของระบบเท่านั้น แต่ความสัมพันธ์ระหว่างการเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปีและความร้อนนั้นขึ้นอยู่กับวิธีดำเนินการของกระบวนการ - ความเร็วของมัน

หากกระบวนการสามารถย้อนกลับได้และที่อุณหภูมิคงที่:

เปลี่ยน S = Q(arr)/T Q(arr) - ปริมาณความร้อน T - อุณหภูมิสัมบูรณ์

ความจุความร้อนและประเภทของมันความจุความร้อนจำเพาะด้วยเรียกปริมาณความร้อน q ที่จำเป็นในการเปลี่ยนอุณหภูมิของปริมาณสารหนึ่งหน่วย:

มีมวล s ปริมาตร s" และความจุความร้อนของโมลาร์ ซึ่งมีมิติดังต่อไปนี้: s, J/kg K; s", J/nm 3 K; , J/mol K ความจุความร้อนเหล่านี้สัมพันธ์กันโดยความสัมพันธ์

(1.15)

โดยที่ ν о, ρ о, μ – ปริมาตรจำเพาะ ความหนาแน่น และ น้ำหนักโมเลกุลก๊าซภายใต้สภาวะปกติ (ρ o = 1.013 · 10 5 Pa, T o = 273 K)

ความจุความร้อนขึ้นอยู่กับลักษณะทางกายภาพของของไหลทำงาน อุณหภูมิ และกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์

ในอุณหพลศาสตร์ทางเทคนิคมักใช้บ่อยที่สุด ไอโซบาริกความจุความร้อนด้วย p (ที่ p = const) และ ไอโซคอริกด้วย ν (สำหรับ ν = const)

ความสัมพันธ์ระหว่างความจุความร้อนเหล่านี้ถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์ของเมเยอร์สำหรับ ก๊าซในอุดมคติ:

ด้วย р - ด้วย ν = R, (1.16)

โดยที่ R คือค่าคงที่ของแก๊ส J/kg K

การพึ่งพาความจุความร้อนกับอุณหภูมิมักถูกละเลย จากนั้นจึงพบปริมาณความร้อนในกระบวนการไอโซบาริกและไอโซคอริกจากการแสดงออก

Q p = Ms p (T 2 – T 1) หรือ q p = c p (T 2 – T 1)

Q ν = Мс ν (Т 2 – Т 1) หรือ q ν = с ν (Т 2 – Т 1)

จากการแสดงออกของกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ (1.13) และความสัมพันธ์ (1.14) เราสามารถหาความสัมพันธ์เพื่อกำหนดการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายใน Δu และเอนทาลปี Δh ซึ่งใช้ได้กับกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ทั้งหมด:

dq ν = ดู่; ดู = ค ν dT; Δu = คุณ 2 – คุณ 1 = ค ν (T 2 – T 1);

dq р = du + рdν = dh; dh = c p dT; Δh = ชั่วโมง 2 – ชั่วโมง 1 = c p (T 2 – T 1)

เนื่องจากความจุความร้อนเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิ ขึ้นอยู่กับช่วงอุณหภูมิ จริงด้วยและ เฉลี่ยด้วยความจุความร้อน cf ความจุความร้อนจริงสอดคล้องกับช่วงอุณหภูมิที่น้อยมาก และค่าเฉลี่ย - การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิในช่วงที่จำกัด ความจุความร้อนของก๊าซหลักมีอยู่ในหนังสืออ้างอิง หนังสือเรียนขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ

เอนทาลปีป้อนโดยการคำนวณ: รวม - H = U + pV หรือค่าเฉพาะ h = u + pν เอนทัลปีแสดงถึงพลังงานบางอย่างเท่ากับผลรวมของพลังงานภายในและผลิตภัณฑ์ของความดันและปริมาตร หน่วยของเอนทัลปี H คือ จูล (J) หรือ h, J/kg เอนทาลปีเป็นฟังก์ชันของรัฐ เนื่องจากในกระบวนการไอโซบาริก dH = dQ เราสามารถพูดได้ว่าเอนทัลปีคือปริมาณความร้อนที่ให้มาในกระบวนการไอโซบาริก

เอนโทรปีหน่วยวัดเอนโทรปี S คือ J/K และหน่วยเฉพาะ s คือ J/kg·K ฟังก์ชันสถานะนี้ถูกนำมาใช้โดยการคำนวณและมี เฟืองท้ายเต็มปริมาณความร้อนในกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์

หากเราจินตนาการถึงกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ในแผนภาพ T-s พื้นที่ใต้เส้นโค้งกระบวนการจะแสดงลักษณะเฉพาะของปริมาณความร้อนที่จ่ายหรือถูกกำจัดออกไป

เอนโทรปีไม่สามารถวัดได้ แต่ในความหมายทางกายภาพ มันเป็นการวัดค่าอุณหภูมิของความร้อน ความสามารถในการแปลงเป็นงาน นอกจากนี้เรายังสามารถพูดได้ว่าเอนโทรปีเป็นลักษณะของการสูญเสียงานเนื่องจากกระบวนการจริงไม่สามารถกลับคืนสภาพเดิมได้ (ในกรณีนี้ เอนโทรปีเพิ่มขึ้น)

โดยปกติเมื่อคำนวณกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์จะไม่ใช่ค่าสัมบูรณ์ของ u, h, s ที่กำหนด แต่เป็นการเปลี่ยนแปลงในกระบวนการΔu, Δh, Δs

เมื่อทำงานกับการคำนวณ การคำนวณ และการพยากรณ์ปรากฏการณ์ต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับวิศวกรรมความร้อน ทุกคนต้องเผชิญกับแนวคิดเรื่องเอนทาลปี แต่สำหรับผู้ที่มีความเชี่ยวชาญพิเศษไม่เกี่ยวกับวิศวกรรมพลังงานความร้อนหรือผู้ที่เผชิญเงื่อนไขดังกล่าวเพียงผิวเผิน คำว่า "เอนทาลปี" จะสร้างแรงบันดาลใจให้เกิดความกลัวและความหวาดกลัว ลองคิดดูว่าทุกอย่างน่ากลัวและเข้าใจยากจริงๆเหรอ?

พูดง่ายๆ ก็คือ เอนทาลปีหมายถึงพลังงานที่สามารถแปลงเป็นความร้อนที่ความดันคงที่ได้ แนวคิดของเอนทาลปีแปลจากภาษากรีกแปลว่า "ความร้อน" นั่นคือสูตรที่มีผลรวมเบื้องต้นของพลังงานภายในและงานที่ทำเสร็จเรียกว่าเอนทาลปี ค่านี้แสดงด้วยตัวอักษร i

ถ้าเราเขียนข้อความข้างต้นลงไป ปริมาณทางกายภาพแปลงและรับสูตร คุณจะได้ i = u + pv (โดยที่ u คือพลังงานภายใน p, u คือความดันและปริมาตรเฉพาะของของไหลทำงานที่อยู่ในสถานะเดียวกันกับที่ใช้ค่าพลังงานภายใน) เอนทัลปีเป็นฟังก์ชันบวก กล่าวคือ เอนทัลปีของทั้งระบบเท่ากับผลรวมของส่วนประกอบทั้งหมด

คำว่า "เอนทาลปี" มีความซับซ้อนและมีหลายแง่มุม

แต่ถ้าคุณพยายามที่จะเข้าใจทุกอย่างก็จะเรียบง่ายและชัดเจน

• ก่อนอื่น เพื่อทำความเข้าใจว่าเอนทาลปีคืออะไร จึงควรค่าแก่การรู้ คำจำกัดความทั่วไปซึ่งเป็นสิ่งที่เราทำ
• ประการที่สอง มันคุ้มค่าที่จะค้นหากลไกสำหรับการปรากฏตัวของหน่วยทางกายภาพนี้ เพื่อทำความเข้าใจว่ามันมาจากไหน
• ประการที่สาม คุณต้องเชื่อมต่อกับผู้อื่น หน่วยทางกายภาพซึ่งเชื่อมโยงถึงกันอย่างแยกไม่ออก
• และสุดท้าย ประการที่สี่ คุณต้องดูตัวอย่างและสูตร

กลไกการทำงานก็ชัดเจน คุณเพียงแค่ต้องอ่านและทำความเข้าใจอย่างรอบคอบ เราได้จัดการกับคำว่า "เอนทัลปี" แล้ว และเรายังให้สูตรของมันด้วย แต่มีคำถามอีกข้อหนึ่งเกิดขึ้นทันที: สูตรนี้มาจากไหน และเหตุใดจึงเกี่ยวข้องกับเอนโทรปี เช่น กับพลังงานภายในและแรงกดดัน

สาระสำคัญและความหมาย

ในการพยายามเข้าใจความหมายทางกายภาพของแนวคิดเรื่อง "เอนทาลปี" คุณจำเป็นต้องรู้กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์:

พลังงานไม่ได้หายไปจากที่ไหนเลยและไม่ได้เกิดขึ้นจากความว่างเปล่า แต่จะผ่านจากประเภทหนึ่งไปยังอีกประเภทหนึ่งในปริมาณที่เท่ากันเท่านั้น ตัวอย่างนี้คือการเปลี่ยนความร้อน (พลังงานความร้อน) ไปเป็นพลังงานกล และในทางกลับกัน

เราจำเป็นต้องแปลงสมการของกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ให้อยู่ในรูปแบบ dq = du + pdv = du + pdv + vdp – vdp = d(u + pv) – vdp จากที่นี่เราจะเห็นนิพจน์ (u + pv) มันคือนิพจน์นี้ที่เรียกว่าเอนทาลปี (สูตรเต็มให้ไว้ด้านบน)

เอนทัลปียังเป็นปริมาณสถานะเนื่องจากส่วนประกอบ u (แรงดันไฟฟ้า) และ p (ความดัน), v (ปริมาตรเฉพาะ) มีค่าเฉพาะสำหรับแต่ละปริมาณ เมื่อทราบสิ่งนี้ กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์สามารถเขียนใหม่ได้เป็น: dq = di – vdp

ในอุณหพลศาสตร์ทางเทคนิคจะใช้ค่าเอนทาลปีซึ่งคำนวณจากศูนย์ที่ยอมรับตามอัตภาพ ค่าสัมบูรณ์ทั้งหมดของปริมาณเหล่านี้เป็นเรื่องยากมากที่จะระบุเนื่องจากจำเป็นต้องคำนึงถึงส่วนประกอบทั้งหมดของพลังงานภายในของสารเมื่อสถานะของมันเปลี่ยนจาก O เป็น K

สูตรและค่าของเอนทาลปีได้รับในปี 1909 โดยนักวิทยาศาสตร์ G. Kamerlingh Onnes

ในนิพจน์ i คือเอนทัลปีเฉพาะ สำหรับมวลกายทั้งหมด เอนทัลปีทั้งหมดจะแสดงด้วยตัวอักษร I ตามระบบสากลของหน่วย เอนทัลปีวัดเป็นจูลต่อกิโลกรัมและคำนวณเป็น:

ฟังก์ชั่น

เอนทัลปี (“E”) เป็นหนึ่งในฟังก์ชันเสริม ซึ่งช่วยให้การคำนวณทางอุณหพลศาสตร์ง่ายขึ้นอย่างมาก ตัวอย่างเช่น กระบวนการจ่ายความร้อนจำนวนมากในวิศวกรรมพลังงานความร้อน (ในหม้อไอน้ำหรือห้องเผาไหม้ของกังหันก๊าซและเครื่องยนต์ไอพ่น รวมถึงในตัวแลกเปลี่ยนความร้อน) จะดำเนินการที่ความดันคงที่ ด้วยเหตุนี้ค่าเอนทาลปีจึงมักจะได้รับในตารางคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์

เงื่อนไขในการอนุรักษ์เอนทาลปีโดยเฉพาะอย่างยิ่งอยู่บนพื้นฐานของทฤษฎีจูล-ทอมสัน หรือผลกระทบที่ค้นพบบางสิ่งที่สำคัญ การประยุกต์ใช้จริงเมื่อก๊าซเหลว ดังนั้นเอนทาลปีคือพลังงานทั้งหมดของระบบขยายซึ่งแสดงถึงผลรวมของพลังงานภายในและพลังงานภายนอก - พลังงานศักย์ความดัน เช่นเดียวกับพารามิเตอร์สถานะอื่นๆ เอนทาลปีสามารถถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์สถานะอิสระคู่ใดก็ได้

นอกจากนี้ตามสูตรข้างต้นเราสามารถพูดได้ว่า: "E" ของปฏิกิริยาเคมีเท่ากับผลรวมของเอนทาลปีของการเผาไหม้ของสารตั้งต้นลบด้วยผลรวมของเอนทัลปีของการเผาไหม้ของผลิตภัณฑ์ที่เกิดปฏิกิริยา
โดยทั่วไปแล้ว การเปลี่ยนแปลงพลังงานของระบบเทอร์โมไดนามิกส์จะไม่เกิดขึ้น เงื่อนไขที่จำเป็นเพื่อเปลี่ยนเอนโทรปีของระบบนี้

ดังนั้นเราจึงมาดูแนวคิดเรื่อง "เอนทาลปี" กัน เป็นที่น่าสังเกตว่า "E" มีความเชื่อมโยงกับเอนโทรปีอย่างแยกไม่ออก ซึ่งคุณสามารถอ่านได้ในภายหลัง

เอนทาลปีกับเอนโทรปี

ความอยากรู้อยากเห็นเป็นลักษณะหนึ่งของบุคคลที่ช่วยให้เขาค้นพบ ปรากฏการณ์ต่างๆในโลก คนหนึ่งเงยหน้าขึ้นมองท้องฟ้า และสงสัยว่าฝนเกิดขึ้นได้อย่างไร คนหนึ่งมองดูพื้นและสงสัยว่าพืชสามารถเติบโตได้อย่างไร นี่เป็นปรากฏการณ์ประจำวันที่เราเผชิญในชีวิต แต่คนที่ไม่อยากรู้อยากเห็นมากพอไม่เคยพยายามค้นหาคำตอบว่าทำไมปรากฏการณ์ดังกล่าวจึงมีอยู่ นักชีววิทยา นักเคมี และนักฟิสิกส์เป็นเพียงส่วนน้อยที่พยายามค้นหาคำตอบ ของเรา โลกสมัยใหม่ปัจจุบันรวมเข้ากับกฎวิทยาศาสตร์เช่นอุณหพลศาสตร์ “อุณหพลศาสตร์” เป็นสาขาหนึ่งของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาการเคลื่อนไหวภายในของระบบร่างกาย เป็นการศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างความร้อนกับพลังงานและงานในรูปแบบต่างๆ การประยุกต์ใช้อุณหพลศาสตร์จะเห็นได้จากการไหลของกระแสไฟฟ้า และจากการหมุนและหมุนสกรูและอื่นๆ เครื่องจักรง่ายๆ- ตราบใดที่ยังมีความร้อนและแรงเสียดทาน อุณหพลศาสตร์ก็ยังมีอยู่ หลักการทั่วไปสองประการของอุณหพลศาสตร์คือเอนทาลปีและเอนโทรปี ในบทความนี้ คุณจะได้เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับความแตกต่างระหว่างเอนทาลปีและเอนโทรปี

ในระบบเทอร์โมไดนามิกส์ การวัดพลังงานทั้งหมดเรียกว่าเอนทาลปี การสร้างระบบเทอร์โมไดนามิกส์ต้องใช้พลังงานภายใน พลังงานนี้ทำหน้าที่เป็นแรงผลักดันหรือกระตุ้นให้เกิดการสร้างระบบ หน่วยของเอนทาลปีคือจูล ( ระบบสากลหน่วย) และแคลอรี่ (หน่วยความร้อนบริติช) “เอนทาลปี” คือ คำภาษากรีก“enthalpos” (ใส่ความร้อน) Heike Kamerlingh Onnes เป็นคนบัญญัติคำนี้ ในขณะที่ Alfred W. Porter เป็นคนกำหนดสัญลักษณ์ "H" สำหรับ "enthalpy" ในการตรวจวัดทางชีววิทยา เคมี และกายภาพ เอนทาลปีเป็นการแสดงออกที่ต้องการมากที่สุดสำหรับการเปลี่ยนแปลงพลังงานของระบบ เนื่องจากมีความสามารถในการลดความซับซ้อนของคำจำกัดความเฉพาะของการถ่ายโอนพลังงาน ไม่สามารถบรรลุค่าเอนทาลปีทั้งหมดได้ เนื่องจากไม่สามารถวัดเอนทาลปีรวมของระบบได้โดยตรง การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีเท่านั้นที่เป็นการวัดปริมาณที่ต้องการมากกว่าค่าสัมบูรณ์ของเอนทัลปี ปฏิกิริยาดูดความร้อนมีการเปลี่ยนแปลงเอนทัลปีเชิงบวก ในขณะที่ปฏิกิริยาคายความร้อนมีการเปลี่ยนแปลงเอนทัลปีเป็นลบ พูดง่ายๆ ก็คือ เอนทาลปีของระบบเทียบเท่ากับผลรวมของงานที่ไม่ใช่กลไกและความร้อนที่จ่ายไป ที่ความดันคงที่ เอนทาลปีเทียบเท่ากับการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของระบบและงานที่ระบบทำกับสภาพแวดล้อม กล่าวอีกนัยหนึ่งความร้อนสามารถดูดซับหรือปล่อยออกมาจากปฏิกิริยาเคมีบางอย่างภายใต้สภาวะดังกล่าว

"เอนโทรปี" เป็นกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ นี่เป็นหนึ่งในกฎพื้นฐานที่สุดในสาขาฟิสิกส์ นี่เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการทำความเข้าใจชีวิตและความรู้ความเข้าใจ นี่ถือเป็นกฎแห่งความผิดปกติ ในช่วงกลางศตวรรษที่ผ่านมา "เอนโทรปี" ได้ถูกคิดค้นขึ้นแล้วด้วยความพยายามอย่างกว้างขวางของคลอเซียสและทอมสัน ซานตาคลอสและทอมสันได้รับแรงบันดาลใจจากการสังเกตกระแสที่เปลี่ยนกังหันของการ์โนต์ การ์โนต์กล่าวว่าอุณหพลศาสตร์คือการไหลของความร้อนจากอุณหภูมิที่สูงลงไปสู่อุณหภูมิที่ต่ำลงซึ่งทำให้เครื่องจักรไอน้ำทำงานได้ คลอเซียสเป็นผู้บัญญัติคำว่า "เอนโทรปี" สัญลักษณ์ของเอนโทรปีคือ "S" ซึ่งระบุว่าโลกกล่าวกันว่ามีการเคลื่อนไหวโดยธรรมชาติเมื่อมันทำหน้าที่อย่างเป็นธรรมชาติเพื่อกระจายหรือลดการปรากฏตัวของแรงทางอุณหพลศาสตร์ให้เหลือน้อยที่สุด

"เอนทัลปี" คือการถ่ายโอนพลังงาน และ "เอนโทรปี" คือกฎแห่งความผิดปกติ

เอนทัลปีใช้สัญลักษณ์ "H" และเอนโทรปีใช้สัญลักษณ์ "S"

Heike Kamerlingh Onnes บัญญัติศัพท์คำว่า "เอนทาลปี" และ Clausius บัญญัติศัพท์คำว่า "เอนโทรปี"

เอนทาลปียังรวมถึงฟังก์ชันทางความร้อนและปริมาณความร้อนด้วย เป็นศักย์ทางอุณหพลศาสตร์ที่แสดงลักษณะของระบบในสมดุลทางอุณหพลศาสตร์เมื่อเลือกความดัน เอนโทรปี และจำนวนอนุภาคเป็นตัวแปรอิสระ

พูดง่ายๆ ก็คือ เอนทาลปีคือพลังงานที่สามารถแปลงเป็นความร้อนได้ที่อุณหภูมิและความดันที่กำหนด

ค่านี้ถูกกำหนดโดยเอกลักษณ์: H=U+PV

มิติเอนทาลปีคือ J/mol

ในวิชาเคมีมักพิจารณากันมากที่สุด กระบวนการไอโซบาริก (ป= const) และผลกระทบทางความร้อนในกรณีนี้เรียกว่าการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีของระบบหรือ เอนทาลปีของกระบวนการ :

ในระบบเทอร์โมไดนามิกส์ ความร้อนที่ปล่อยออกมาของกระบวนการทางเคมีได้รับการยอมรับว่าเป็นค่าลบ (กระบวนการคายความร้อน Δ ชม < 0), а поглощение системой теплоты соответствует эндотермическому процессу, Δชม > 0.

เอนโทรปี

และเป็นไปตามธรรมชาติ

การพึ่งพาการเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปีกับอุณหภูมิแสดงโดยกฎของ Kirchhoff:

สำหรับระบบที่แยกเดี่ยว การเปลี่ยนแปลงในเอนโทรปีเป็นเกณฑ์สำหรับความเป็นไปได้ของกระบวนการที่เกิดขึ้นเอง ถ้า แสดงว่ากระบวนการเป็นไปได้ ถ้าเช่นนั้นกระบวนการเป็นไปไม่ได้ในทิศทางไปข้างหน้า ถ้าหากระบบอยู่ในสภาวะสมดุล

ศักย์ทางอุณหพลศาสตร์ พลังงานฟรีของ Gibbs และ Helmholtz

เพื่ออธิบายลักษณะกระบวนการที่เกิดขึ้นในระบบปิด เราแนะนำฟังก์ชันทางอุณหพลศาสตร์ใหม่ของสถานะ: ศักย์ไอโซบาริก-ไอโซเทอร์มอล (พลังงานอิสระกิ๊บส์ G) และศักย์ไอโซคอริก-ไอโซเทอร์มอล (พลังงานอิสระเฮล์มโฮลทซ์ F)

สำหรับระบบปิดซึ่งมีกระบวนการสมดุลเกิดขึ้นที่อุณหภูมิและปริมาตรคงที่ เราจะแสดงการทำงานของกระบวนการนี้ ซึ่งเราแสดงว่าเป็น A max (เนื่องจากการทำงานของกระบวนการที่ดำเนินการในสภาวะสมดุลนั้นมีค่าสูงสุด):

สูงสุด =T∆S-∆U

ให้เราแนะนำฟังก์ชัน F=U-TS-ไอโซคอริก-ไอโซเทอร์มอลศักย์ ซึ่งกำหนดทิศทางและขีดจำกัดของกระบวนการที่เกิดขึ้นเองในระบบปิดที่อยู่ในสภาวะไอโซคอริก-ไอโซเทอร์มอล และรับ:

การเปลี่ยนแปลงพลังงานของ Helmholtz นั้นถูกกำหนดโดยสถานะเริ่มต้นและสุดท้ายของระบบเท่านั้นและไม่ได้ขึ้นอยู่กับลักษณะของกระบวนการเนื่องจากถูกกำหนดโดยฟังก์ชันสองสถานะ: U และ S ให้เราระลึกว่าปริมาณงานที่ได้รับ หรือค่าใช้จ่ายอาจขึ้นอยู่กับวิธีการดำเนินการกระบวนการเมื่อระบบเปลี่ยนจากสถานะเริ่มต้นเป็นสถานะสุดท้าย แต่ไม่ใช่การเปลี่ยนแปลงฟังก์ชัน

ระบบปิดภายใต้สภาวะไอโซบาริก-ไอโซเทอร์มอลมีลักษณะเฉพาะโดยศักย์ไอโซบาริก-ไอโซเทอร์มอล G:

พลังงานเชิงอนุพันธ์ของ Gibbs สำหรับระบบที่มีจำนวนอนุภาคคงที่ แสดงเป็นตัวแปรลักษณะเฉพาะ - ความดันp และอุณหภูมิT:

สำหรับระบบที่มีจำนวนอนุภาคแปรผัน ส่วนต่างนี้จะถูกเขียนดังนี้:

นี่คือศักยภาพทางเคมี ซึ่งสามารถกำหนดได้ว่าเป็นพลังงานที่ต้องใช้ในการเพิ่มอนุภาคอื่นเข้าสู่ระบบ

การวิเคราะห์สมการ ∆G=∆H-T∆S ช่วยให้เราสามารถระบุได้ว่าปัจจัยใดที่ประกอบเป็นพลังงานกิ๊บส์ที่รับผิดชอบทิศทางของปฏิกิริยาเคมี เอนทัลปี (ΔH) หรือเอนโทรปี (ΔS · T)

ถ้า ∆H< 0 и ΔS >0 แล้ว ∆G เสมอ< 0 и реакция возможна при любой температуре.

ถ้า ΔH > 0 และ ΔS< 0, то всегда ΔG >0 และปฏิกิริยากับการดูดซับความร้อนและเอนโทรปีที่ลดลงนั้นเป็นไปไม่ได้ภายใต้เงื่อนไขใด ๆ

ในกรณีอื่นๆ (∆H< 0, ΔS < 0 и ΔH >0, ΔS > 0) เครื่องหมายของ ΔG ขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ระหว่าง ΔH และ TΔS ปฏิกิริยาอาจเกิดขึ้นได้หากมีการลดลงของศักยภาพไอโซบาริก ที่อุณหภูมิห้อง เมื่อค่าของ T น้อย ค่าของ TΔS ก็น้อยเช่นกัน และโดยปกติแล้วการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีจะมากกว่า TΔS ดังนั้นปฏิกิริยาส่วนใหญ่ที่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิห้องจึงเป็นปฏิกิริยาคายความร้อน ยิ่งอุณหภูมิสูง TΔS และแม้แต่ปฏิกิริยาดูดความร้อนก็จะยิ่งเป็นไปได้มากขึ้นเท่านั้น

พลังงานกิ๊บส์มาตรฐานของการก่อตัว ΔG° หมายถึงการเปลี่ยนแปลงของพลังงานกิ๊บส์ระหว่างปฏิกิริยาการก่อตัวของสาร 1 โมลในสถานะมาตรฐาน คำจำกัดความนี้บอกเป็นนัยว่าพลังงานมาตรฐานของกิ๊บส์ในการสร้างสารอย่างง่ายซึ่งมีความเสถียรภายใต้สภาวะมาตรฐานคือศูนย์

การเปลี่ยนแปลงของพลังงานกิ๊บส์ไม่ได้ขึ้นอยู่กับเส้นทางของกระบวนการ ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะได้รับค่าที่ไม่รู้จักที่แตกต่างกันของพลังงานกิ๊บส์จากการก่อตัวจากสมการซึ่งในอีกด้านหนึ่งผลรวมของพลังงานของ ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาจะถูกเขียน และอีกด้านหนึ่งคือผลรวมของพลังงานของสารตั้งต้น

เมื่อใช้ค่าของพลังงานกิ๊บส์มาตรฐาน เกณฑ์สำหรับความเป็นไปได้พื้นฐานของกระบวนการภายใต้สภาวะที่ไม่เป็นมาตรฐานคือเงื่อนไข ΔG°< 0, а критерием принципиальной невозможности - условие ΔG° >0. ในเวลาเดียวกัน หากพลังงานกิ๊บส์มาตรฐานเป็นศูนย์ ไม่ได้หมายความว่าในสภาวะจริง (นอกเหนือจากมาตรฐาน) ระบบจะอยู่ในสภาวะสมดุล

เงื่อนไขสำหรับกระบวนการที่เกิดขึ้นเองในระบบปิด: