Entalpia a energia wewnętrzna
Dla celów badań chemicznych, dzielimy wszechświat na dwa jako układ i otoczenie. W każdej chwili interesująca nas część to system, a reszta to otoczenie. Entalpia i energia wewnętrzna to dwa pojęcia związane z pierwszą zasadą termodynamiki i opisują reakcje zachodzące w układzie i otoczeniu.
Co to jest entalpia?
Kiedy zachodzi reakcja, może ona pochłaniać lub wydzielać ciepło, a jeśli reakcja jest prowadzona pod stałym ciśnieniem, to ciepło nazywa się entalpią reakcji. Nie można zmierzyć entalpii cząsteczek. Dlatego mierzona jest zmiana entalpii podczas reakcji. Zmianę entalpii (ΔH) dla reakcji w danej temperaturze i ciśnieniu oblicza się odejmując entalpię reagentów od entalpii produktów. Jeśli ta wartość jest ujemna, reakcja jest egzotermiczna. Jeśli wartość jest dodatnia, mówi się, że reakcja jest endotermiczna. Zmiana entalpii między dowolną parą reagentów i produktów jest niezależna od ścieżki między nimi. Ponadto zmiana entalpii zależy od fazy reagentów. Na przykład, gdy gazowy tlen i wodór reagują, tworząc parę wodną, zmiana entalpii wynosi -483,7 kJ. Jednak,gdy te same reagenty reagują, tworząc ciekłą wodę, zmiana entalpii wynosi -571,5 kJ.
2 H 2 (g) + O 2 (G) → 2H 2 O (G); ∆H = -483,7 kJ
2 H 2 (g) + O 2 (G) → 2H 2 O (L); ∆H = -571,7 kJ
Co to jest energia wewnętrzna?
Ciepło i praca to dwa sposoby przekazywania energii. W procesach mechanicznych energia może być przenoszona z jednego miejsca do drugiego, ale całkowita ilość energii jest zachowana. W przypadku przemian chemicznych obowiązuje podobna zasada. Rozważ reakcję, taką jak spalanie metanu.
CH 4 + 2 O 2 → CO 2 + 2 H 2 O
Jeśli reakcja zachodzi w zamkniętym pojemniku, wszystko, co się dzieje, to uwalnianie ciepła. Moglibyśmy użyć tego uwolnionego enzymu do wykonywania prac mechanicznych, takich jak uruchamianie turbiny lub silnika parowego, itp. Istnieje nieskończona liczba sposobów, na jakie energia wytworzona w reakcji może zostać podzielona na ciepło i pracę. Jednak okazuje się, że suma wydzielonego ciepła i wykonanej pracy mechanicznej jest zawsze stała. To prowadzi do pomysłu, że przechodząc od reagentów do produktów, istnieje pewna właściwość zwana energią wewnętrzną (U). Zmiana energii wewnętrznej jest oznaczona jako ∆U.
∆U = q + w; gdzie q to ciepło, aw to praca wykonana
Energia wewnętrzna jest nazywana funkcją stanu, ponieważ jej wartość zależy od stanu systemu, a nie od tego, jak system doszedł do tego stanu. Oznacza to, że zmiana U, przechodząc ze stanu początkowego „i” do stanu końcowego „f”, zależy tylko od wartości U w stanie początkowym i końcowym.
∆U = U f - U i
Zgodnie z pierwszą zasadą termodynamiki wewnętrzna zmiana energii w układzie izolowanym wynosi zero. Wszechświat jest systemem izolowanym; dlatego ∆U dla wszechświata wynosi zero.
Jaka jest różnica między entalpią a energią wewnętrzną?
• Entalpię można przedstawić za pomocą następującego równania, w którym U to energia wewnętrzna, p to ciśnienie, a V to objętość układu.
H = U + pV
• Dlatego energia wewnętrzna mieści się w przedziale entalpii. Entalpia jest podawana jako,
∆U = q + w
