Entalpija pret iekšējo enerģiju
Ķīmijas studiju nolūkos mēs sadalām Visumu divās daļās kā sistēmu un apkārtējo. Jebkurā laikā mūs interesē sistēma, bet pārējā daļa ir apkārtējā. Entalpija un iekšējā enerģija ir divi jēdzieni, kas saistīti ar pirmo termodinamikas likumu, un tie apraksta reakcijas, kas notiek sistēmā un apkārtējā vidē.
Kas ir entalpija?
Kad notiek reakcija, tā var absorbēt vai izdalīt siltumu, un, ja reakcija notiek nemainīgā spiedienā, šo siltumu sauc par reakcijas entalpiju. Molekulu entalpiju nevar izmērīt. Tāpēc tiek mērītas entalpijas izmaiņas reakcijas laikā. Entalpijas izmaiņas (∆H) reakcijai noteiktā temperatūrā un spiedienā iegūst, atņemot reaģentu entalpiju no produktu entalpijas. Ja šī vērtība ir negatīva, reakcija ir eksotermiska. Ja vērtība ir pozitīva, tad tiek uzskatīts, ka reakcija ir endotermiska. Entalpijas izmaiņas starp jebkuru reaģentu un produktu pāri nav atkarīgas no ceļa starp tiem. Turklāt entalpijas izmaiņas ir atkarīgas no reaģentu fāzes. Piemēram, kad skābekļa un ūdeņraža gāzes reaģē, veidojot ūdens tvaikus, entalpijas izmaiņas ir -483,7 kJ. Tomēr, ja tie paši reaģenti reaģē, veidojot šķidru ūdeni, entalpijas izmaiņas ir -571,5 kJ.
2H2 (g) +O2 (g) → 2H2O (g); ∆H=-483,7 kJ
2H2 (g) +O2 (g) → 2H2O (l); ∆H=-571,7 kJ
Kas ir iekšējā enerģija?
Siltums un darbs ir divi enerģijas pārneses veidi. Mehāniskajos procesos enerģiju var pārnest no vienas vietas uz otru, bet kopējais enerģijas daudzums tiek saglabāts. Ķīmiskajās pārvērtībās darbojas līdzīgs princips. Apsveriet tādu reakciju kā metāna sadegšana.
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H 2O
Ja reakcija notiek noslēgtā traukā, notiek tikai siltuma izdalīšanās. Mēs varētu izmantot šo atbrīvoto fermentu, lai veiktu mehāniskus darbus, piemēram, darbinātu turbīnu vai tvaika dzinēju utt. Ir bezgalīgi daudz veidu, kā reakcijas radīto enerģiju var sadalīt starp siltumu un darbu. Tomēr ir konstatēts, ka izdalītā siltuma un veiktā mehāniskā darba summa vienmēr ir nemainīga. Tas noved pie domas, ka, pārejot no reaģentiem uz produktiem, ir kāda īpašība, ko sauc par iekšējo enerģiju (U). Iekšējās enerģijas izmaiņas tiek apzīmētas ar ∆U.
∆U=q + w; kur q ir siltums un w ir paveiktais darbs
Iekšējo enerģiju sauc par stāvokļa funkciju, jo tās vērtība ir atkarīga no sistēmas stāvokļa, nevis no tā, kā sistēma nonākusi šajā stāvoklī. Tas ir, U izmaiņas, pārejot no sākuma stāvokļa “i” uz beigu stāvokli “f”, ir atkarīgas tikai no U vērtībām sākuma un beigu stāvoklī.
∆U=Uf – Ui
Saskaņā ar pirmo termodinamikas likumu izolētas sistēmas iekšējās enerģijas izmaiņas ir nulle. Visums ir izolēta sistēma; tāpēc ∆U Visumam ir nulle.
Kāda ir atšķirība starp entalpiju un iekšējo enerģiju?
• Entalpiju var attēlot šādā vienādojumā, kur U ir iekšējā enerģija, p ir spiediens un V ir sistēmas tilpums.
H=U + pV
• Tāpēc iekšējā enerģija ir entalpijas termiņā. Entalpija ir norādīta kā
∆U=q + w
