Enthalpia vs belső energia
A kémia tanulmányi céljaira az univerzumot rendszerre és környezőre osztjuk ketté. Bármikor a rendszer érdekel bennünket, a többi pedig a környező. Az entalpia és a belső energia két fogalom kapcsolódik a termodinamika első törvényéhez, és leírják a rendszerben zajló reakciókat és a környezőt.
Mi az entalpia?
Amikor egy reakció megtörténik, az elnyeli vagy kifejlesztheti a hőt, és ha a reakciót állandó nyomáson folytatják, akkor ezt a hőt a reakció entalpiájának nevezik. A molekulák entalpiája nem mérhető. Ezért mérjük az entalpia változását a reakció során. Az adott hőmérsékleten és nyomáson lejátszódó reakció entalpia-változását (reactionH) úgy kapjuk meg, hogy a reaktánsok entalpiáját kivonjuk a termékek entalpiájából. Ha ez az érték negatív, akkor a reakció exoterm. Ha az érték pozitív, akkor a reakciót endotermnek mondják. Bármely reaktáns és termékpár közötti entalpia változása független a köztük lévő úttól. Ezenkívül az entalpia változása a reagensek fázisától függ. Például, amikor az oxigén és a hidrogén gázok reakcióba lépnek, vízgőz keletkezik, az entalpia változása -483,7 kJ. Azonban,amikor ugyanazok a reagensek folyékony vizet állítanak elő, az entalpia változása -571,5 kJ.
2H 2 (g) + O 2 (g) → 2H 2 O (g); ∆H = -483,7 kJ
2H 2 (g) + O 2 (g) → 2H 2 O (l); ∆H = -571,7 kJ
Mi a belső energia?
A hő és a munka az energiaátadás két módja. A mechanikai folyamatokban az energia átkerülhet egyik helyről a másikra, de a teljes energiamennyiség megmarad. A kémiai átalakításokban hasonló elv érvényesül. Vegyünk egy reakciót, például a metán elégetését.
CH 4 + 2 O 2 → CO 2 + 2 H 2 O
Ha a reakció lezárt tartályban megy végbe, csak annyi történik, hogy hő szabadul fel. Ezt a felszabadult enzimet felhasználhatnánk olyan mechanikai munkák elvégzésére, mint például egy turbina vagy gőzgép működtetése, stb. Végtelen sokféleképpen lehet a reakció által előállított energiát felosztani a hő és a munka között. Megállapítást nyert azonban, hogy a kialakult hő és az elvégzett mechanikai munka összege mindig állandó. Ez arra az elképzelésre vezet, hogy a reagensekből a termékekbe való áttérés során van valamilyen tulajdonság, a belső energia (U). A belső energia változását ∆U-ként jelöljük.
∆U = q + w; ahol q a hő és w az elvégzett munka
A belső energiát állapotfüggvénynek nevezzük, mivel annak értéke a rendszer állapotától függ, és nem attól, hogy a rendszer hogyan alakult ebben az állapotban. Vagyis az U változása, amikor az „i” kezdeti állapotból az „f” végállapotba kerül, csak az U értékétől függ a kezdeti és a végső állapotban.
∆U = U f - U i
A termodinamika első törvénye szerint egy izolált rendszer belső energiaváltozása nulla. Az univerzum egy elszigetelt rendszer; ezért az univerzum ∆U értéke nulla.
Mi a különbség az entalpia és a belső energia között?
• Az entalpia a következő egyenletben mutatható be, ahol U a belső energia, p a nyomás és V a rendszer térfogata.
H = U + pV
• Ezért a belső energia az entalpia kifejezésen belül van. Az entalpia a következő,
∆U = q + w
