Hvorfor kan entalpien ikke måles direkte? + Eksempel

Hvorfor kan entalpien ikke måles direkte? + Eksempel
Anonim

Fordi det er en funksjon av variabler som ikke alle er kalt Naturlige variabler. De naturlige variablene er de som vi kan måle lett fra direkte målinger, som volum, press, og temperatur.

T: Temperatur

V: volum

P: Trykk

S: Entropi

G: Gibbs 'fri energi

H: Enthalpy

Nedenfor er en noe streng avledning som viser hvordan vi kan måle Enthalpy, selv indirekte. Til slutt kommer vi til et uttrykk som lar oss måle entalpy ved en konstant temperatur!

Enthalpy er en funksjon av Entropi, Trykk, Temperatur og Volum, med Temperatur, Trykk og Volum som sine naturlige variabler under denne Maxwell-relasjonen:

#H = H (S, P) #

#dH = TdS + VdP # (Liknende 1) - Maxwell-forhold

Vi trenger ikke å bruke denne ligningen her; poenget er, vi kan heller ikke direkte måle Entropi (vi har ikke en "varmestrøm-o-meter"). Så må vi finne en måte å måle Enthalpy på med andre variabler.

Siden Enthalpy er vanlig definert i sammenheng med temperatur og press, sett på den felles likningen for Gibbs frie energi (en funksjon av temperatur og press) og dens Maxwell-forhold:

#DeltaG = DeltaH - TDeltaS # (Liknende 2)

#dG = dH - TdS # (Lik 3) - Differensialform

#dG = -SdT + VdP # (Lik 4) - Maxwell-forhold

Herfra kan vi skrive partiell derivat med hensyn til trykk ved konstant temperatur ved bruk av Eq. 3:

T = ((deltaH) / (deltaP)) _ T-T ((deltaS) / (deltaP)) _ T # (Lik 5)

Bruke ekv. 4, kan vi ta det første partielle derivatet vi ser i Eq. 5 (for Gibbs). # -SdT # blir 0 siden #DeltaT = 0 #, og # DeltaP # blir delt ut.

# ((deltaG) / (deltaP)) _ T = V # (Lik 6)

Og en annen ting vi kan skrive, siden G er en statsfunksjon, er kryssderivatene fra Maxwell-forholdet for å finne ut entropihalvdelen av Eq. 5:

# - ((deltaS) / (deltaP)) _ T = ((deltaV) / (deltaT)) _P # (Lik 7)

Til slutt kan vi plugge inn Eqs. 6 og 7 inn i ekv. 5:

#V = ((deltaH) / (deltaP)) _T + T ((deltaV) / (deltaT)) _P # (Lik 8-1)

Og videre forenkle det:

# ((deltaH) / (deltaP)) _ T = V - T ((deltaV) / (deltaT)) _P # (Lik 8-2)

Der går vi! Vi har en funksjon som beskriver hvordan man måler entalpy "direkte".

Hva dette sier er, kan vi begynne å måle volumendringen i en gass ettersom temperaturen endres i et konstant trykkmiljø (for eksempel vakuum). Da har vi det # ((DeltaV) / (deltaT)) _ P #.

Etterpå, for å ta det videre, kan du multiplisere med # DP # og integrere fra første til andre trykk. Deretter kan du få entalpiendring ved en bestemt temperatur ved å variere trykk på fartøyet.

#DeltaH = int_ (P_1) ^ (P_2) V - T ((deltaV) / (deltaT)) _P dP # (Lik 9)

Og som et eksempel kan du søke den ideelle gassloven og få # ((deltaV) / (deltaT)) P = ((delta) / (deltaT) ((nRT) / P)) P = (nR) / P #

Du kan fortelle at den ideelle gassen gjør det så

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

noe som betyr at Enthalpy bare er avhengig av temperatur for en ideell gass! Ryddig.