Entalpijas un iekšējās enerģijas atšķirība

Entalpija pret iekšējo enerģiju

Ķīmijas studiju nolūkos mēs sadalām Visumu divās daļās kā sistēmu un apkārtējo. Jebkurā laikā daļa, kas mūs interesē, ir sistēma, bet pārējā - apkārtējā. Entalpija un iekšējā enerģija ir divi jēdzieni, kas saistīti ar pirmo termodinamikas likumu, un tie apraksta reakcijas, kas notiek sistēmā un apkārtējā.

Kas ir entalpija?

Kad notiek reakcija, tā var absorbēt vai izdalīt siltumu, un, ja reakcija notiek ar pastāvīgu spiedienu, šo siltumu sauc par reakcijas entalpiju. Molekulu entalpiju nevar izmērīt. Tāpēc mēra entalpijas izmaiņas reakcijas laikā. Reakcijas entalpijas izmaiņas (∆H) noteiktā temperatūrā un spiedienā iegūst, no produktu entalpijas atņemot reaģentu entalpiju. Ja šī vērtība ir negatīva, tad reakcija ir eksotermiska. Ja vērtība ir pozitīva, tad reakcija tiek uzskatīta par endotermisku. Entalpijas izmaiņas starp jebkuru reaģentu un produktu pāri nav atkarīgas no ceļa starp tām. Turklāt entalpijas izmaiņas ir atkarīgas no reaģentu fāzes. Piemēram, kad skābeklis un ūdeņraža gāzes reaģē, veidojot ūdens tvaikus, entalpijas izmaiņas ir -483,7 kJ. Tomēr, ja vieni un tie paši reaģenti reaģē, iegūstot šķidru ūdeni, entalpijas izmaiņas ir -571,5 kJ.

2H₂ (g) + O₂ (g) → 2H₂O (g); ∆H = -483,7 kJ

2H₂ (g) + O₂ (g) → 2H₂O (l); ∆H = -571,7 kJ

Kas ir iekšējā enerģija?

Karstums un darbs ir divi enerģijas pārneses veidi. Mehāniskajos procesos enerģiju var pārnest no vienas vietas uz otru, bet kopējais enerģijas daudzums tiek saglabāts. Ķīmiskās pārvērtībās tiek piemērots līdzīgs princips. Apsveriet tādas reakcijas kā metāna sadedzināšana.

CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O

Ja reakcija notiek noslēgtā traukā, notiek tikai siltums. Mēs varētu izmantot šo atbrīvoto enzīmu, veicot mehāniskus darbus, piemēram, darbinot turbīnu vai tvaika motoru utt. Ir bezgalīgs skaits veidu, kā reakcijas rezultātā iegūto enerģiju var sadalīt starp karstumu un darbu. Tomēr tiek konstatēts, ka izdalītā siltuma summa un veiktais mehāniskais darbs vienmēr ir nemainīgs. Tas vedina domāt, ka, pārejot no reaģentiem uz produktiem, ir kāds īpašums, ko sauc par iekšējo enerģiju (U). Iekšējās enerģijas izmaiņas tiek apzīmētas kā ∆U.

∆U = q + w; kur q ir siltums un w ir paveiktais darbs

Iekšējo enerģiju sauc par stāvokļa funkciju, jo tās vērtība ir atkarīga no sistēmas stāvokļa, nevis no tā, kā sistēmai bija jābūt šajā stāvoklī. Tas ir, izmaiņas U, pārejot no sākotnējā stāvokļa “i” uz gala stāvokli “f”, ir atkarīgas tikai no U vērtībām sākotnējā un beigu stāvoklī.

∆U = U_f - U_i

Saskaņā ar pirmo termodinamikas likumu izolētas sistēmas iekšējās enerģijas izmaiņas ir nulle. Visums ir izolēta sistēma; tāpēc ∆U Visumam ir nulle.