Entalpijos ir vidinės energijos skirtumas

Entalpija ir vidinė energija

Chemijos studijų tikslais mes suskaidome visatą į dvi dalis kaip sistemą ir supančią. Bet kuriuo metu dalis, kuri mus domina, yra sistema, o likusi dalis yra supanti. Entalpija ir vidinė energija yra dvi sąvokos, susijusios su pirmuoju termodinamikos dėsniu, jos apibūdina sistemoje ir aplinkoje vykstančias reakcijas.

Kas yra entalpija?

Kai vyksta reakcija, ji gali absorbuoti arba išsiskleisti šilumą, o jei reakcija vyksta esant pastoviam slėgiui, ši šiluma vadinama reakcijos entalpija. Negalima išmatuoti molekulių entalpijos. Todėl matuojamas entalpijos pokytis reakcijos metu. Reakcijos entalpijos pokytis (∆H) tam tikroje temperatūroje ir slėgyje gaunamas atimant reagentų entalpiją iš produktų entalpijos. Jei ši vertė yra neigiama, tada reakcija yra egzoterminė. Jei vertė yra teigiama, tada sakoma, kad reakcija yra endoterminė. Bet kokių reagentų ir produktų entalpijos pokytis nepriklauso nuo kelio tarp jų. Be to, entalpijos pokytis priklauso nuo reagentų fazės. Pvz., Kai deguonis ir vandenilio dujos reaguoja į vandens garus, entalpijos pokytis yra –483,7 kJ. Tačiau kai tie patys reagentai reaguoja į skystą vandenį, entalpijos pokytis yra –571,5 kJ.

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

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

Kas yra vidinė energija?

Šiluma ir darbas yra du energijos perdavimo būdai. Mechaninių procesų metu energija gali būti perkelta iš vienos vietos į kitą, tačiau bendras energijos kiekis yra išsaugomas. Atliekant cheminius virsmus, galioja panašus principas. Apsvarstykite tokią reakciją kaip metano degimas.

CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O

Jei reakcija vyksta sandariame inde, atsitinka tik šiluma. Šį išleistą fermentą galėtume panaudoti mechaniniams darbams atlikti, tokiems kaip turbinos ar garo variklio valdymas ir pan. Yra daugybė būdų, kaip reakcijos metu pagamintą energiją galima padalyti iš šilumos ir darbo. Tačiau nustatyta, kad išsiskyrusios šilumos suma ir atliktas mechaninis darbas visada yra pastovi. Tai veda prie minties, kad pereinant nuo reagentų prie produktų, yra tam tikra savybė, vadinama vidine energija (U). Vidinės energijos pokytis žymimas ∆U.

∆U = q + w; kur q yra šiluma, o w yra atliktas darbas

Vidinė energija vadinama būsenos funkcija, nes jos vertė priklauso nuo sistemos būsenos, o ne nuo to, kaip sistema buvo tokioje būsenoje. T. y., U pokytis, einant iš pradinės būsenos „i“ į galutinę būseną „f“, priklauso tik nuo U reikšmių pradinėje ir galutinėje būsenose..

∆U = U_f - U_i

Pagal pirmąjį termodinamikos dėsnį, izoliuotos sistemos vidinis energijos pokytis yra lygus nuliui. Visata yra izoliuota sistema; todėl ∆U visatoje yra lygus nuliui.