Енталпия срещу вътрешна енергия
За целите на изучаването на химията ние разделяме Вселената на две като система и околна среда. По всяко време частта, която ни интересува, е системата, а останалото е заобикалящо. Енталпията и вътрешната енергия са две понятия, свързани с първия закон на термодинамиката и те описват реакциите, протичащи в системата и околните.
Какво е енталпия?
Когато реакцията се осъществи, тя може да абсорбира или да развие топлина и ако реакцията се извършва при постоянно налягане, тази топлина се нарича енталпия на реакцията. Енталпията на молекулите не може да бъде измерена. Следователно се измерва промяната в енталпията по време на реакция. Промяната на енталпията (∆H) за реакция при дадена температура и налягане се получава чрез изваждане на енталпията на реагентите от енталпията на продуктите. Ако тази стойност е отрицателна, тогава реакцията е екзотермична. Ако стойността е положителна, тогава се казва, че реакцията е ендотермична. Промяната в енталпията между всяка двойка реагенти и продукти е независима от пътя между тях. Освен това промяната на енталпията зависи от фазата на реагентите. Например, когато кислородът и водородните газове реагират, образувайки водна пара, промяната на енталпията е -483,7 kJ. Въпреки това,когато същите реагенти реагират, образувайки течна вода, промяната на енталпията е -571,5 kJ.
2Н 2 (г) + O 2 (г) → 2H 2 O (д); ∆H = -483,7 kJ
2Н 2 (г) + O 2 (г) → 2H 2 O (л); ∆H = -571,7 kJ
Какво е вътрешна енергия?
Топлината и работата са два начина за пренос на енергия. При механичните процеси енергията може да се прехвърля от едно място на друго, но общото количество енергия се запазва. При химичните трансформации се прилага подобен принцип. Помислете за реакция като изгарянето на метан.
CH 4 + 2 O 2 → CO 2 + 2 H 2 O
Ако реакцията протича в запечатан съд, всичко, което се случва, е отделянето на топлина. Можем да използваме този освободен ензим за извършване на механична работа като пускане на турбина или парна машина и т.н. Има безброй начини, по които енергията, произведена от реакцията, може да бъде разделена между топлина и работа. Установено е обаче, че сумата от отделената топлина и извършената механична работа винаги е константа. Това води до идеята, че при преминаване от реагенти към продукти има някакво свойство, наречено вътрешна енергия (U). Промяната на вътрешната енергия се обозначава като ∆U.
∆U = q + w; където q е топлината, а w е свършената работа
Вътрешната енергия се нарича функция на състоянието, тъй като нейната стойност зависи от състоянието на системата, а не от това как системата е възникнала в това състояние. Тоест, промяната в U, когато преминава от начално състояние „i“в крайно състояние „f“, зависи само от стойностите на U в началното и крайното състояние.
∆U = U f - U i
Според първия закон на термодинамиката вътрешната промяна на енергията на изолирана система е нула. Вселената е изолирана система; следователно ∆U за Вселената е нула.
Каква е разликата между Енталпия и Вътрешна енергия?
• Енталпията може да бъде представена в следното уравнение, където U е вътрешната енергия, p е налягането и V е обемът на системата.
H = U + pV
• Следователно вътрешната енергия е в рамките на енталпийния срок. Енталпията се дава като,
∆U = q + w
