O que é alteração de entalpia – delta h – Definição

Exemplo: Pistão sem atrito – Calor – Entalpia

Um pistão sem atrito é usado para proporcionar uma pressão constante de 500 kPa num cilindro contendo vapor ( vapor sobreaquecido ) de um volume de 2 m ³  a 500 K . Calcule a temperatura final, se 3000 kJ de calor forem adicionados.

Solução:

Usando tabelas de vapor , sabemos que a entalpia específica desse vapor (500 kPa; 500 K) é de cerca de 2912 kJ / kg . Como nessa condição o vapor possui densidade de 2,2 kg / m ³ , sabemos que há cerca de 4,4 kg de vapor no pistão na entalpia de 2912 kJ / kg x 4,4 kg = 12812 kJ .

Quando usamos simplesmente Q = H ₂ – H ₁ , a entalpia resultante do vapor será:

H ₂ = H ₁ + Q = 15812 kJ

Nas tabelas de vapor , esse vapor superaquecido (15812 / 4,4 = 3593 kJ / kg) terá uma temperatura de 828 K (555 ° C) . Uma vez que nesta entalpia do vapor tem a densidade de 1,31 kg / m ³ , é óbvio que se expandiu em cerca de 2,2 / 1,31 = 1,67 (+ 67%). Portanto, o volume resultante é de 2 m ³ x 1,67 = 3,34 m ³ e ∆V = 3,34 m ³ – 2 m ³ = 1,34 m ³ .

A parte p∆V da entalpia, ou seja, o trabalho realizado é:

W = p∆V = 500 000 Pa x 1,34 m ³ = 670 kJ

Entalpia em unidades intensivas – Entalpia específica

A entalpia pode ser transformada em uma variável intensiva ou específica dividindo-se pela massa . Os engenheiros usam mais a entalpia específica na análise termodinâmica do que a própria entalpia. A entalpia específica (h) de uma substância é a sua entalpia por unidade de massa. É igual à entalpia total (H) dividida pela massa total (m).

h = H / m

Onde:

h = entalpia específica (J / kg)

H = entalpia (J)

m = massa (kg)

Observe que a entalpia é a quantidade termodinâmica equivalente ao conteúdo total de calor de um sistema. A entalpia específica é igual à energia interna específica do sistema mais o produto da pressão e volume específico .

h = u + pv

Em geral, a entalpia é uma propriedade de uma substância , como pressão, temperatura e volume, mas não pode ser medida diretamente. Normalmente, a entalpia de uma substância é dada com relação a algum valor de referência. Por exemplo, a entalpia específica da água ou vapor é dada usando a referência de que a entalpia específica da água é zero a 0,01 ° C e pressão atmosférica normal , em que h _L = 0,00 kJ / kg . O fato de o valor absoluto da entalpia específica ser desconhecido não é um problema, no entanto, porque é a alteração na entalpia específica (∆h) e não o valor absoluto que é importante nos problemas práticos.

Alterações na entalpia nas reações químicas

Considere a combustão de hidrogênio no ar. Em uma chama de gás hidrogênio puro, queimando no ar, o hidrogênio (H ₂ ) reage com o  oxigênio (O ₂ ) para formar água (H ₂ O) e libera energia .

Energicamente, o processo pode ser considerado para exigir a energia para dissociar o H ₂  e O ₂ , mas, em seguida, a ligação do inibidor da H ₂ O retorna o sistema para um estado ligado com potencial negativo . Na verdade, é mais negativo do que os estados ligados dos reagentes, e a formação das duas moléculas de água é, portanto, uma reação exotérmica , que libera 5,7 eV de energia. Em palavras de entalpia, a entalpia de combustão é −286 kJ / mol:

2H ₂ (g) + O ₂ (g) → 2H ₂ O (g)

Em palavras de entalpia, a entalpia de combustão é −286 kJ / mol (energia por mol de hidrogênio molecular):

2H ₂ (g) + O ₂ (g) → 2H ₂ O (l) +572 kJ

O balanço de energia antes e depois da reação pode ser ilustrado esquematicamente com o estado em que todos os átomos são livres, tomados como referência de energia.

Entalpia de vaporização

Em geral, quando um material muda de fase de sólido para líquido ou de líquido para gás, uma certa quantidade de energia está envolvida nessa mudança de fase. No caso de mudança de fase de líquido para gás, essa quantidade de energia é conhecida como entalpia de vaporização (símbolo ∆H _vap ; unidade: J), também conhecida como calor (latente) de vaporização ou calor de evaporação. Calor latente é a quantidade de calor adicionada ou removida de uma substância para produzir uma mudança de fase. Essa energia decompõe as forças atraentes intermoleculares e também deve fornecer a energia necessária para expandir o gás (o trabalho pΔV) Quando o calor latente é adicionado, nenhuma mudança de temperatura ocorre. A entalpia da vaporização é uma função da pressão na qual essa transformação ocorre.

Calor latente de vaporização – água a 0,1 MPa (pressão atmosférica)

h _lg = 2257 kJ / kg

Calor latente de vaporização – água a 3 MPa (pressão dentro de um gerador de vapor)

h _lg = 1795 kJ / kg

Calor latente de vaporização – água a 16 MPa (pressão dentro de um pressurizador )

h _lg = 931 kJ / kg

O calor da vaporização diminui com o aumento da pressão, enquanto o ponto de ebulição aumenta. Ele desaparece completamente em um determinado ponto chamado ponto crítico . Acima do ponto crítico, as fases líquida e de vapor são indistinguíveis, e a substância é chamada de fluido supercrítico .

O calor da vaporização é o calor necessário para vaporizar completamente uma unidade de líquido saturado (ou condensar uma unidade de massa de vapor saturado) e é igual a h _lg = h _g – h _l .

O calor necessário para derreter (ou congelar) uma unidade de massa na substância a pressão constante é o calor da fusão e é igual a h _sl = h _l – h _s , onde h _s é a entalpia do sólido saturado e h _l é a entalpia do líquido saturado.