Różnica między entalpią a energią wewnętrzną

Entalpia vs energia wewnętrzna

Na potrzeby badań w dziedzinie chemii dzielimy wszechświat na dwa jako system i otoczenie. W każdej chwili interesuje nas system, a reszta to otoczenie. Entalpia i energia wewnętrzna to dwa pojęcia związane z pierwszą zasadą termodynamiki, które opisują reakcje zachodzące w układzie i otoczeniu.

Co to jest entalpia?

Gdy zachodzi reakcja, może ona absorbować lub ewoluować ciepło, a jeśli reakcja zachodzi pod stałym ciśnieniem, ciepło to nazywa się entalpią reakcji. Nie można zmierzyć entalpii cząsteczek. Dlatego mierzona jest zmiana entalpii podczas reakcji. Zmiana entalpii (∆H) dla reakcji w danej temperaturze i ciśnieniu jest uzyskiwana przez odjęcie entalpii 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 gazy tlenowe i wodorowe reagują z wytworzeniem pary wodnej, zmiana entalpii wynosi -483,7 kJ. Jednak gdy te same reagenty reagują z wytworzeniem ciekłej wody, zmiana entalpii wynosi -571,5 kJ.

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

2H₂₎ (g) + O₂₎ (sol) → 2H₂₎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.

CH₄ + 2 O₂₎ → WSPÓŁ₂₎ + 2 godz₂₎O

Jeśli reakcja zachodzi w zamkniętym pojemniku, wszystko, co się dzieje, to uwalnianie ciepła. Możemy użyć tego uwolnionego enzymu do prac mechanicznych, takich jak uruchomienie turbiny lub silnika parowego itp. Istnieje nieskończona liczba sposobów, w jakie energia wytwarzana w reakcji może zostać podzielona między ciepło i pracę. Stwierdzono jednak, że suma wydzielanego ciepła i wykonanej pracy mechanicznej jest zawsze stała. To prowadzi do idei, 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 oznacza ciepło, a w oznacza wykonaną pracę

Energia wewnętrzna nazywana jest funkcją stanu, ponieważ jej wartość zależy od stanu systemu, a nie od tego, jak system się w tym stanie. 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_fa - U_ja

Zgodnie z pierwszą zasadą termodynamiki, wewnętrzna zmiana energii izolowanego układu wynosi zero. Wszechświat jest systemem izolowanym; dlatego ∆U dla wszechświata wynosi zero.