Entalpia verzus vnútorná energia
Pre študijné účely v chémii rozdeľujeme vesmír na dva ako systém a okolie. V každom okamihu nás zaujíma systém a zvyšok je okolie. Entalpia a vnútorná energia sú dva pojmy súvisiace s prvým zákonom termodynamiky a opisujú reakcie prebiehajúce v systéme a okolí.
Čo je entalpia?
Keď prebieha reakcia, môže absorbovať alebo vyvíjať teplo, a ak reakcia prebieha pri konštantnom tlaku, toto teplo sa nazýva entalpia reakcie. Entalpiu molekúl nemožno merať. Preto sa meria zmena entalpie počas reakcie. Zmena entalpie (∆H) pre reakciu pri danej teplote a tlaku sa získa odpočítaním entalpie reaktantov od entalpie produktov. Ak je táto hodnota záporná, potom je reakcia exotermická. Ak je hodnota kladná, potom sa reakcia považuje za endotermickú. Zmena entalpie medzi akýmkoľvek párom reaktantov a produktov je nezávislá od dráhy medzi nimi. Okrem toho zmena entalpie závisí od fázy reaktantov. Napríklad, keď plynný kyslík a vodík reagujú za vzniku vodnej pary, zmena entalpie je -483,7 kJ. Keď však tie isté reaktanty reagujú za vzniku kvapalnej vody, zmena entalpie je -571,5 kJ.
2H2 (g) +O2 (g) → 2H2O (g); ∆H=-483,7 kJ
2H2 (g) +O2 (g) → 2H2O (1); ∆H=-571,7 kJ
Čo je vnútorná energia?
Teplo a práca sú dva spôsoby prenosu energie. Pri mechanických procesoch sa energia môže prenášať z jedného miesta na druhé, ale celkové množstvo energie sa šetrí. Pri chemických premenách platí podobný princíp. Zvážte reakciu, ako je spaľovanie metánu.
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H 2O
Ak reakcia prebieha v uzavretej nádobe, všetko, čo sa stane, je uvoľnenie tepla. Tento uvoľnený enzým by sme mohli použiť na mechanickú prácu, ako je prevádzka turbíny alebo parného motora atď. Existuje nekonečné množstvo spôsobov, ako by sa energia vyrobená reakciou mohla rozdeliť medzi teplo a prácu. Zistilo sa však, že súčet vyvinutého tepla a vykonanej mechanickej práce je vždy konštantný. To vedie k myšlienke, že pri prechode od reaktantov k produktom existuje určitá vlastnosť nazývaná vnútorná energia (U). Zmena vnútornej energie je označená ako ∆U.
∆U=q + w; kde q je teplo a w je vykonaná práca
Vnútorná energia sa nazýva stavová funkcia, pretože jej hodnota závisí od stavu systému a nie od toho, ako sa systém do tohto stavu dostal. To znamená, že zmena U pri prechode z počiatočného stavu „i“do konečného stavu „f“závisí len od hodnôt U v počiatočnom a konečnom stave.
∆U=Uf – Ui
Podľa prvého zákona termodynamiky je vnútorná zmena energie v izolovanom systéme nulová. Vesmír je izolovaný systém; preto je ∆U pre vesmír nula.
Aký je rozdiel medzi entalpiou a vnútornou energiou?
• Entalpia môže byť prezentovaná v nasledujúcej rovnici, kde U je vnútorná energia, p je tlak a V je objem systému.
H=U + pV
• Preto je vnútorná energia v rámci entalpie. Entalpia sa udáva ako, ∆U=q + w
