Por que a entalpia é uma propriedade extensa? + Exemplo

Por que a entalpia é uma propriedade extensa? + Exemplo
Anonim

Primeiro, uma propriedade extensa é aquela que depende da quantidade de material presente. Por exemplo, massa é uma propriedade extensa porque, se você duplicar a quantidade de material, a massa dobra. Uma propriedade intensiva é aquela que não depende da quantidade de material presente. Exemplos de propriedades intensivas são a temperatura # T # e pressão # P #.

A entalpia é uma medida do conteúdo de calor, então, quanto maior a massa de qualquer substância, maior a quantidade de calor que ela pode suportar em qualquer temperatura e pressão específicas.

Tecnicamente, a entalpia é definida como a integral da capacidade térmica a pressão constante do zero absoluto à temperatura de interesse, incluindo quaisquer mudanças de fase. Por exemplo, #DeltaH = int_ (T_ (0K)) ^ (T_ "meta") C_PdT #

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

se supusermos que a temperatura de interesse está acima do ponto de ebulição. Então, nós passamos #T_ (0K) -> T_ "fus" -> T_ "vap" -> T_ "meta" #.

Se duas amostras são idênticas na mesma temperatura e pressão, exceto que a Amostra B tem o dobro da massa da Amostra A, então a entalpia da Amostra B é o dobro da Amostra A.

É por isso que os valores de entalpia são geralmente citados como J / mol ou kJ / mol. Se você multiplicar o valor citado pelo número de moles da substância, obterá a entalpia em J ou kJ.

Responda:

Entalpia por definição (unidades de J) é uma propriedade extensa, pois é proporcional à quantidade de componentes no sistema em questão. No entanto, também é uma propriedade intensiva quando citada em kJ / mol ou kJ / kg.

Explicação:

Entalpia, # H #, é definido como

#H = U + pV #

# U = "energia interna" #

# p = "pressão" #

# V = "volume" #

No entanto, não podemos medir diretamente a entalpia total de um sistema, portanto, só podemos medir as alterações na entalpia.

Uma mudança na entalpia é o calor envolvido ou absorvido a pressão constante em uma reação / processo específico.

Esta mudança na entalpia a pressão constante é agora dada por

# H = U + p V #

A unidade SI para uma mudança de entalpia é o joule (J) e depende de quanto dos componentes do sistema você tem. Quanto mais substância (s) você tiver, mais calor poderá ser absorvido ou liberado para uma determinada mudança. Por exemplo, vaporizar 100 g de água leva o dobro da quantidade de energia do mesmo processo para 50 g de água. Isso faz da entalpia uma propriedade extensa.

No entanto, tabelas de valores de entalpia são comumente citadas como entalpia molar (kJ / mol) e entalpia específica (kJ / kg). São propriedades intensivas, pois já levam em conta a quantidade de componentes (uma mole ou um kg).

Existem vários tipos diferentes de alterações de entalpia, como mudanças de fase, entalpias de reação e assim por diante. Eles poderiam ser dados em kJ ou kJ / mol. Qual delas determina se é uma propriedade intensiva ou extensa.

Aqui está minha lógica por meio de um exemplo e uma analogia. Note que estamos usando kJ ao invés de J, como é o que é comumente usado.

Para vaporizar uma mole de água a 298 K

# H = 44 "kJ" #

ou

# H_ "vap" (H_2O) = 44 "kJ / mol" #

Estas duas quantidades estão relacionadas pela expressão

# H_ "vap" (H_2O) = (H) / n #

A mudança de entalpia (# H #) é extensa, enquanto que a entalpia molar de vaporização (# H_ "vap" (H_2O) #) é intensivo.

Agora vamos dar uma olhada na densidade, que é uma propriedade intensiva. As duas equações a seguir são comparáveis

# "density" = "massa" / "volume" #

e

# H_ "vap" (H_2O) = (H) / n #

A mudança na entalpia para uma certa quantidade (n) é dada em kJ por

# H = H_ "vap" (H_2O) * n #

tal como a massa num dado volume de substância é dada por

# "massa" = "densidade" * "volume" #

Então você vê

# "density" - = H_ "vap" (H_2O) #

# "massa" - = H #

#"densidade"# e # H_ "vap" (H_2O) # são intensivos, enquanto #"massa"# e # H # são extensas.