Entalpija ir vidinė energija
Chemijos studijų tikslais Visatą padalijame į dvi dalis kaip sistemą ir aplinkinę. Bet kuriuo metu mus dominanti dalis yra sistema, o likusi dalis yra supanti. Entalpija ir vidinė energija yra dvi sąvokos, susijusios su pirmuoju termodinamikos dėsniu, ir jos apibūdina sistemoje ir aplinkinėse vykstančias reakcijas.
Kas yra entalpija?
Vykstant reakcijai, ji gali sugerti arba išsivystyti šilumą, o jei reakcija vykdoma pastoviu slėgiu, ši šiluma vadinama reakcijos entalpija. Negalima išmatuoti molekulių entalpijos. Todėl reakcijos metu matuojamas entalpijos pokytis. Entalpijos pokytis (∆H) reakcijai esant tam tikrai temperatūrai ir slėgiui gaunamas atėmus reagentų entalpiją iš produktų entalpijos. Jei ši vertė yra neigiama, tada reakcija yra egzoterminė. Jei vertė teigiama, sakoma, kad reakcija yra endoterminė. Bet kurios reaktantų ir produktų poros entalpijos pokytis nepriklauso nuo kelio tarp jų. Be to, entalpijos pokytis priklauso nuo reagentų fazės. Pvz., Kai deguonies ir vandenilio dujos sureaguoja gamindamos vandens garus, entalpijos pokytis yra -483,7 kJ. Tačiaukai tie patys reagentai reaguoja gamindami skystą vandenį, entalpijos pokytis yra -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
Kas yra vidinė energija?
Šiluma ir darbas yra du energijos perdavimo būdai. Mechaniniuose procesuose energija gali būti perkelta iš vienos vietos į kitą, tačiau bendras energijos kiekis yra išsaugotas. Cheminių virsmų metu galioja panašus principas. Apsvarstykite tokią reakciją kaip metano degimas.
CH 4 + 2 O 2 → CO 2 + 2H 2 O
Jei reakcija vyksta uždarytoje talpykloje, vyksta tik tai, kad išsiskiria šiluma. Mes galėtume naudoti šį išsiskyrusį fermentą atlikti mechaninius darbus, pavyzdžiui, paleisti turbiną ar garo variklį ir pan. Yra begalė būdų, kaip reakcijos metu pagamintą energiją būtų galima padalinti tarp šilumos ir darbo. Tačiau nustatyta, kad išsivysčiusios šilumos ir atlikto mechaninio darbo suma visada yra pastovi. Tai sukelia idėją, kad pereinant nuo reagentų prie produktų, yra tam tikra savybė, vadinama vidine energija (U). Vidinės energijos pokytis žymimas kaip ∆U.
∆U = q + w; kur q yra šiluma, o w - atliktas darbas
Vidinė energija vadinama valstybės funkcija, nes jos vertė priklauso nuo sistemos būklės, o ne nuo to, kaip sistema buvo toje būsenoje. Tai yra, U pokytis, pereinant iš pradinės būsenos „i“į galutinę būseną „f“, priklauso tik nuo U reikšmės pradinėje ir galutinėje būsenose.
∆U = U f - U i
Pagal pirmąjį termodinamikos dėsnį, izoliuotos sistemos vidinis energijos pokytis yra lygus nuliui. Visata yra izoliuota sistema; todėl visatos forU yra nulis.
Kuo skiriasi entalpija nuo vidinės energijos?
• Enalpiją galima pateikti tokia lygtimi: U yra vidinė energija, p - slėgis, o V - sistemos tūris.
H = U + pV
• Todėl vidinė energija patenka į entalpijos terminą. Entalpija skiriama kaip
∆U = q + w
