Энтальпия против внутренней энергии
В целях изучения химии мы разделяем Вселенную на две части: систему и окружающую среду. В любое время нас интересует система, а остальное - окружающая среда. Энтальпия и внутренняя энергия - это два понятия, связанные с первым законом термодинамики, и они описывают реакции, происходящие в системе и в окружающей среде.
Что такое энтальпия?
Когда происходит реакция, она может поглощать или выделять тепло, и если реакция протекает при постоянном давлении, это тепло называется энтальпией реакции. Энтальпию молекул невозможно измерить. Следовательно, измеряется изменение энтальпии во время реакции. Изменение энтальпии (∆H) для реакции при данной температуре и давлении получается путем вычитания энтальпии реагентов из энтальпии продуктов. Если это значение отрицательное, значит реакция экзотермическая. Если значение положительное, то реакция считается эндотермической. Изменение энтальпии между любой парой реагентов и продуктов не зависит от пути между ними. Кроме того, изменение энтальпии зависит от фазы реагентов. Например, когда газы кислорода и водорода реагируют с образованием водяного пара, изменение энтальпии составляет -483,7 кДж. Однако,когда те же реагенты реагируют с образованием жидкой воды, изменение энтальпии составляет -571,5 кДж.
2H 2 (г) + O 2 (г) → 2H 2 O (г); ∆H = -483,7 кДж
2H 2 (г) + O 2 (г) → 2H 2 O (ж); ∆H = -571,7 кДж
Что такое внутренняя энергия?
Тепло и работа - два способа передачи энергии. В механических процессах энергия может передаваться из одного места в другое, но общее количество энергии сохраняется. В химических превращениях действует аналогичный принцип. Рассмотрим такую реакцию, как горение метана.
СН 4 + 2 О 2 → СО 2 + 2 Н 2 О
Если реакция происходит в герметичном контейнере, все, что происходит, - это выделяется тепло. Мы могли бы использовать этот выделившийся фермент для выполнения механической работы, такой как запуск турбины или парового двигателя и т. Д. Существует бесконечное количество способов, которыми энергия, производимая в результате реакции, может быть разделена между теплом и работой. Однако обнаружено, что сумма выделяемого тепла и проделанной механической работы всегда постоянна. Это приводит к идее, что при переходе от реагентов к продуктам существует некоторое свойство, называемое внутренней энергией (U). Изменение внутренней энергии обозначено как ∆U.
∆U = q + w; где q - тепло, а w - проделанная работа
Внутренняя энергия называется функцией состояния, поскольку ее значение зависит от состояния системы, а не от того, как система оказалась в этом состоянии. То есть изменение U при переходе от начального состояния «i» к конечному состоянию «f» зависит только от значений U в начальном и конечном состояниях.
∆U = U f - U i
Согласно первому закону термодинамики изменение внутренней энергии изолированной системы равно нулю. Вселенная - изолированная система; следовательно, ∆U для Вселенной равно нулю.
В чем разница между энтальпией и внутренней энергией?
• Энтальпия может быть представлена в следующем уравнении, где U - внутренняя энергия, p - давление, а V - объем системы.
H = U + pV
• Следовательно, внутренняя энергия находится в пределах энтальпии. Энтальпия выражается как,
∆U = q + w
