Енталпия срещу вътрешна енергия
За целите на изучаването на химията, ние разделяме Вселената на две като система и обкръжение. Във всеки един момент частта, която ни интересува, е системата, а останалото е околността. Енталпията и вътрешната енергия са две понятия, свързани с първия закон на термодинамиката, и те описват реакциите, протичащи в системата и околната среда.
Какво е енталпия?
Когато протича реакция, тя може да абсорбира или отделя топлина и ако реакцията протича при постоянно налягане, тази топлина се нарича енталпия на реакцията. Енталпията на молекулите не може да бъде измерена. Следователно се измерва промяната в енталпията по време на реакция. Промяната на енталпията (∆H) за реакция при дадена температура и налягане се получава чрез изваждане на енталпията на реагентите от енталпията на продуктите. Ако тази стойност е отрицателна, тогава реакцията е екзотермична. Ако стойността е положителна, тогава се казва, че реакцията е ендотермична. Промяната в енталпията между всяка двойка реагенти и продукти не зависи от пътя между тях. Освен това промяната на енталпията зависи от фазата на реагентите. Например, когато газовете кислород и водород реагират, за да се получи водна пара, промяната на енталпията е -483,7 kJ. Въпреки това, когато същите реагенти реагират за получаване на течна вода, промяната на енталпията е -571,5 kJ.
2H2 (g) +O2 (g) → 2H2O (g); ∆H=-483,7 kJ
2H2 (g) +O2 (g) → 2H2O (l); ∆H=-571,7 kJ
Какво е вътрешна енергия?
Топлината и работата са два начина за пренос на енергия. При механичните процеси енергията може да се прехвърля от едно място на друго, но общото количество енергия се запазва. При химичните трансформации се прилага подобен принцип. Помислете за реакция като изгарянето на метан.
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H 2O
Ако реакцията протича в запечатан контейнер, всичко, което се случва е, че се отделя топлина. Можем да използваме този освободен ензим за извършване на механична работа, като задвижване на турбина или парен двигател и т.н. Има безкраен брой начини, по които енергията, произведена от реакцията, може да бъде разделена между топлина и работа. Установено е обаче, че сумата от отделената топлина и извършената механична работа винаги е константа. Това води до идеята, че при преминаването от реагентите към продуктите има някакво свойство, наречено вътрешна енергия (U). Промяната на вътрешната енергия се означава като ∆U.
∆U=q + w; където q е топлината и w е извършената работа
Вътрешната енергия се нарича функция на състоянието, тъй като нейната стойност зависи от състоянието на системата, а не как системата е попаднала в това състояние. Тоест, промяната в U при преминаване от начално състояние „i” към крайно състояние „f” зависи само от стойностите на U в началното и крайното състояние.
∆U=Uf – Ui
Според първия закон на термодинамиката промяната на вътрешната енергия на изолирана система е нула. Вселената е изолирана система; следователно ∆U за Вселената е нула.
Каква е разликата между енталпията и вътрешната енергия?
• Енталпията може да бъде представена в следното уравнение, където U е вътрешната енергия, p е налягането и V е обемът на системата.
H=U + pV
• Следователно вътрешната енергия е в рамките на члена на енталпията. Енталпията се дава като
∆U=q + w
