Entalpija vs unutrašnja energija
Za potrebe proučavanja hemije, delimo univerzum na dva dela kao sistem i okruženje. U svakom trenutku, dio koji nas zanima je sistem, a ostalo je okruženje. Entalpija i unutrašnja energija su dva koncepta povezana sa prvim zakonom termodinamike i opisuju reakcije koje se odvijaju u sistemu i okolini.
Šta je entalpija?
Kada se reakcija odvija, ona može apsorbirati ili evoluirati toplinu, a ako se reakcija odvija pod konstantnim pritiskom, ova toplina se naziva entalpija reakcije. Entalpija molekula se ne može mjeriti. Stoga se mjeri promjena entalpije tokom reakcije. Promjena entalpije (∆H) za reakciju pri datoj temperaturi i pritisku se dobiva oduzimanjem entalpije reaktanata od entalpije proizvoda. Ako je ova vrijednost negativna, onda je reakcija egzotermna. Ako je vrijednost pozitivna, onda se za reakciju kaže da je endotermna. Promjena entalpije između bilo kojeg para reaktanata i proizvoda je nezavisna od putanje između njih. Štaviše, promjena entalpije ovisi o fazi reaktanata. Na primjer, kada plinovi kisika i vodika reagiraju i proizvode vodenu paru, promjena entalpije je -483,7 kJ. Međutim, kada isti reaktanti reaguju i proizvode tekuću vodu, promjena entalpije je -571,5 kJ.
2H2 (g) +O2 (g) → 2H2O (g); ∆H=-483,7 kJ
2H2 (g) +O2 (g) → 2H2O (l); ∆H=-571,7 kJ
Šta je unutrašnja energija?
Toplota i rad su dva načina prijenosa energije. U mehaničkim procesima, energija se može prenositi s jednog mjesta na drugo, ali je ukupna količina energije očuvana. U hemijskim transformacijama se primenjuje sličan princip. Razmotrite reakciju kao što je sagorijevanje metana.
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H 2O
Ako se reakcija odvija u zatvorenoj posudi, sve što se dešava je oslobađanje toplote. Mogli bismo koristiti ovaj oslobođeni enzim za obavljanje mehaničkog rada kao što je pokretanje turbine ili parne mašine, itd. Postoji beskonačan broj načina na koje se energija proizvedena reakcijom može podijeliti između topline i rada. Međutim, utvrđeno je da je zbir razvijene topline i izvršenog mehaničkog rada uvijek konstantan. Ovo dovodi do ideje da u prelasku od reaktanata do proizvoda postoji neko svojstvo koje se zove unutrašnja energija (U). Promjena unutrašnje energije se označava kao ∆U.
∆U=q + w; gdje je q toplina, a w obavljeni rad
Unutarnja energija se naziva funkcija stanja jer njena vrijednost zavisi od stanja sistema, a ne od toga kako je sistem došao u tom stanju. To jest, promjena u U, kada se prelazi iz početnog stanja “i” u konačno stanje “f”, zavisi samo od vrijednosti U u početnom i konačnom stanju.
∆U=Uf – Ui
Prema prvom zakonu termodinamike, unutrašnja promena energije izolovanog sistema je nula. Univerzum je izolovan sistem; prema tome, ∆U za univerzum je nula.
Koja je razlika između entalpije i unutrašnje energije?
• Entalpija se može predstaviti u sljedećoj jednačini gdje je U unutrašnja energija, p je pritisak, a V je zapremina sistema.
H=U + pV
• Dakle, unutrašnja energija je unutar entalpijskog člana. Entalpija se daje kao, ∆U=q + w
