Avainero entalpian ja lämmön välillä on se, että entalpia on lämmön määrä, joka siirtyy kemiallisen reaktion aikana vakiopaineessa, kun taas lämpö on energiamuoto.
Kemian opiskelua varten jaamme maailmankaikkeuden kahteen osaan: järjestelmään ja ympäristöön. Järjestelmä on tutkimuksen kohteena, kun taas loput ympäröivät. Lämpö ja entalpia ovat kaksi termiä, jotka kuvaavat järjestelmän energiavirtaa ja ominaisuuksia.
Mikä on entalpia?
Termodynamiikassa järjestelmän kokonaisenergia on sisäinen energia. Sisäinen energia määrittelee systeemin molekyylien kokonaiskineettisen ja potentiaalisen energian. Järjestelmän sisäistä energiaa voidaan muuttaa joko tekemällä töitä järjestelmän parissa tai lämmittämällä sitä. Sisäisen energian muutos ei kuitenkaan ole yhtä suuri kuin energia, joka siirtyy lämpönä, kun järjestelmä pystyy muuttamaan tilavuuttaan.
Entalpia on termodynaaminen ominaisuus ja voimme merkitä sitä H:lla. Tämän termin matemaattinen suhde on seuraava:
H=U + PV
Tässä H on entalpia ja U on sisäenergia, P on paine ja V on järjestelmän tilavuus. Tämä yhtälö osoittaa, että vakiopaineessa lämpönä toimitettu energia on yhtä suuri kuin entalpian muutos. Termi pV vastaa energiaa, jonka järjestelmä tarvitsee muuttaakseen tilavuutta vakiopaineen suhteen. Siksi entalpia on pohjimmiltaan vakiopaineessa tapahtuvan reaktion lämpöä.
Kuva 01: Entalpian muutokset aineen vaihemuutoksille
Lisäksi reaktion entalpiamuutos (∆H) tietyssä lämpötilassa ja paineessa saadaan vähentämällä lähtöaineiden entalpia tuotteiden entalpiasta. Jos tämä arvo on negatiivinen, reaktio on eksoterminen. Jos arvo on positiivinen, reaktion sanotaan olevan endoterminen. Entalpian muutos minkä tahansa reagenssiparin ja tuotteen välillä on riippumaton niiden välisestä reitistä. Lisäksi entalpian muutos riippuu reagoivien aineiden faasista. Esimerkiksi kun happi ja vetykaasut reagoivat muodostaen vesihöyryä, entalpian muutos on -483,7 kJ. Mutta kun samat lähtöaineet reagoivat tuottaen nestemäistä vettä, entalpian muutos on -571,5 kJ.
Mitä lämpö on?
Järjestelmän kyky tehdä työtä on järjestelmän energia. Voimme tehdä työtä järjestelmän parissa tai järjestelmä voi tehdä työtä, joka johtaa järjestelmän energian lisäämiseen tai vähentämiseen vastaavasti. Järjestelmän energiaa voidaan muuttaa, ei vain itse työllä, vaan myös muilla keinoin. Kun järjestelmän energia muuttuu järjestelmän ja sen ympäristön välisen lämpötilaeron seurauksena, viitataan siihen siirtyneeseen energiaan lämmönä (q); eli energia on siirtynyt lämpönä.
Lämmönsiirto tapahtuu korkeasta lämpötilasta matalaan lämpötilaan, mikä tapahtuu lämpötilagradientin mukaan. Lisäksi tämä prosessi jatkuu, kunnes järjestelmän ja ympäristön välinen lämpötila saavuttaa saman tason. Lämmönsiirtoprosesseja on kahdenlaisia. Ne ovat endotermisiä ja eksotermisiä prosesseja. Endoterminen prosessi on prosessi, jossa energiaa tulee järjestelmään ympäristöstä lämpönä, kun taas eksoterminen prosessi on sellainen, jossa lämpö siirtyy järjestelmästä ympäristöön lämpönä.
Mitä eroa on entalpialla ja lämmöllä?
Useimmiten käytämme termejä entalpia ja lämpö vaihtokelpoisesti, mutta enthplayn ja lämmön välillä on pieni ero. Keskeinen ero entalpian ja lämmön välillä on, että entalpia kuvaa kemiallisen reaktion aikana vakiopaineessa siirretyn lämmön määrää, kun taas lämpö on energiamuoto. Lisäksi entalpia on tilan funktio, kun taas lämpö ei, koska lämpö ei ole järjestelmän sisäinen ominaisuus. Lisäksi emme voi mitata entalpiaa suoraan, joten se on laskettava yhtälöiden avulla; voimme kuitenkin mitata lämpöä suoraan lämpötilan muutoksena.
Yhteenveto – Entalpia vs lämpö
Käytämme usein termejä entalpia ja lämpö vaihtokelpoisina, mutta entalpialla on pieni ero ja lämpö on se, että entalpia kuvaa lämmön määrää, joka siirtyy kemiallisen reaktion aikana vakiopaineessa, kun taas lämpö on energiamuoto.
