Энтальпия против внутренней энергии
Для целей изучения химии мы делим Вселенную на две части: систему и окружающую среду. В любое время интересующая нас часть - это система, а остальное - окружение. Энтальпия и внутренняя энергия - два понятия, связанные с первым законом термодинамики, и они описывают реакции, происходящие в системе и 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. Энтальпия молекул не может быть измерена. Поэтому измеряют изменение энтальпии во время реакции. Изменение энтальпии (∆H) реакции при данных температуре и давлении получается путем вычитания энтальпии реагентов из энтальпии продуктов. Если это значение отрицательное, то реакция экзотермическая. Если значение положительное, то говорят, что реакция эндотермическая. Изменение энтальпии между любой парой реагентов и продуктов не зависит от пути между ними. Кроме того, изменение энтальпии зависит от фазы реагентов. Например, когда газообразные кислород и водород 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.
2H2 (g) +O2 (g) → 2H2O (грамм); ∆H=-483,7 кДж
2H2 (g) +O2 (g) → 2H2O (л); ∆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.
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H 2О
Если реакция происходит в герметичном контейнере, происходит только выделение тепла. Мы могли бы использовать высвобожденный фермент для выполнения механической работы, такой как запуск турбины или парового двигателя и т. д. Существует бесконечное количество способов, которыми энергия, полученная в результате реакции, может быть разделена между теплотой и работой. Однако установлено, что сумма выделенной теплоты и выполненной механической работы всегда постоянна. Это приводит к мысли, что при переходе от реагентов к продуктам существует некое свойство, называемое внутренней энергией (U). Изменение внутренней энергии обозначается как ∆U.
∆U=q + w; где q - теплота, а w - совершенная 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 из начального состояния «i» в конечное состояние «f» зависит только от значений U в начальном и конечном состояниях.
∆U=Uf – Ui
Согласно первому закону термодинамики, изменение внутренней энергии изолированной системы равно нулю. Вселенная - это изолированная система; следовательно, ∆U для Вселенной равно нулю.
В чем разница между энтальпией и внутренней энергией?
• Энтальпия может быть представлена следующим уравнением, где U - внутренняя энергия, p - давление, а V - объем системы.
H=U + pV
• Таким образом, внутренняя энергия находится в пределах энтальпийного члена. Энтальпия определяется как
∆U=q + w
