Διαφορά μεταξύ ενθαλπίας και εσωτερικής ενέργειας
Ενθαλπία εναντίον Εσωτερικής Ενέργειας
. Για τους σκοπούς της μελέτης στη χημεία διαιρούμε το σύμπαν σε δύο ως σύστημα και περιβάλλον. Ανά πάσα στιγμή, το μέρος που μας ενδιαφέρει είναι το σύστημα και το υπόλοιπο περιβάλλει. Η ενθαλπία και η εσωτερική ενέργεια είναι δύο έννοιες που σχετίζονται με τον πρώτο νόμο της θερμοδυναμικής και περιγράφουν τις αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα σε ένα σύστημα και το περιβάλλον.
Τι είναι το Enthalpy;
Όταν λαμβάνει χώρα μια αντίδραση, μπορεί να απορροφήσει ή να αναπτύξει θερμότητα και αν η αντίδραση μεταφέρεται με σταθερή πίεση, αυτή η θερμότητα ονομάζεται ενθαλπία της αντίδρασης. Η ενθαλπία των μορίων δεν μπορεί να μετρηθεί. Συνεπώς, μετριέται η μεταβολή της ενθαλπίας κατά την αντίδραση. Η αλλαγή ενθαλπίας (ΔΗ) για αντίδραση σε δεδομένη θερμοκρασία και πίεση επιτυγχάνεται αφαιρώντας την ενθαλπία των αντιδραστηρίων από την ενθαλπία των προϊόντων. Αν αυτή η τιμή είναι αρνητική, τότε η αντίδραση είναι εξωθερμική. Εάν η τιμή είναι θετική, τότε η αντίδραση λέγεται ότι είναι ενδοθερμική. Η μεταβολή της ενθαλπίας μεταξύ οποιουδήποτε ζεύγους αντιδραστηρίων και προϊόντων είναι ανεξάρτητη από τη διαδρομή μεταξύ τους. Επιπλέον, η αλλαγή της ενθαλπίας εξαρτάται από τη φάση των αντιδραστηρίων. Για παράδειγμα, όταν τα αέρια οξυγόνου και υδρογόνου αντιδρούν για να παράγουν υδρατμούς, η αλλαγή ενθαλπίας είναι -483. 7 kJ. Ωστόσο, όταν τα ίδια αντιδραστήρια αντιδρούν για να παράγουν υγρό νερό, η αλλαγή ενθαλπίας είναι -571. 5 kJ.
(G) + 22 (999) 2 (999) 2 2 (999) ΔΗ = -483. 7 kJ 2Η 2 (g) + 0 2 (g)
- 2Η 2 0 (1); ΔΗ = -571. 7 kJ Τι είναι η εσωτερική ενέργεια; Η θερμότητα και η εργασία είναι δύο τρόποι μεταφοράς ενέργειας. Στις μηχανικές διαδικασίες, η ενέργεια μπορεί να μεταφερθεί από ένα μέρος στο άλλο, αλλά η συνολική ποσότητα ενέργειας διατηρείται. Στους χημικούς μετασχηματισμούς ισχύει μια παρόμοια αρχή. Εξετάστε μια αντίδραση όπως η καύση μεθανίου. CH 4
+ 2 O
2
→CO 2 + 2 Η 2 Εάν η αντίδραση λαμβάνει χώρα σε σφραγισμένο δοχείο, αυτό που συμβαίνει είναι ότι η θερμότητα απελευθερώνεται. Θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε αυτό το απελευθερωμένο ένζυμο για να κάνουμε μηχανικές εργασίες, όπως η λειτουργία ενός στροβίλου ή ενός ατμομηχανή κλπ. Υπάρχει ένας άπειρος αριθμός τρόπων ότι η ενέργεια που παράγεται από την αντίδραση θα μπορούσε να χωριστεί μεταξύ θερμότητας και εργασίας. Ωστόσο, διαπιστώνεται ότι το άθροισμα της θερμότητας που εξελίχθηκε και η μηχανική εργασία που γίνεται είναι πάντα σταθερή. Αυτό οδηγεί στην ιδέα ότι όταν πηγαίνουμε από τα αντιδραστήρια στα προϊόντα, υπάρχει κάποια ιδιότητα που ονομάζεται εσωτερική ενέργεια (U). Η αλλαγή της εσωτερικής ενέργειας υποδηλώνεται ως ΔU. ΔU = q + w. όπου η q είναι η θερμότητα και το w είναι το έργο που έχει γίνει Η εσωτερική ενέργεια ονομάζεται συνάρτηση κατάστασης, καθώς η αξία της εξαρτάται από την κατάσταση του συστήματος και όχι από το πώς έγινε το σύστημα σε αυτή την κατάσταση.Δηλαδή, η αλλαγή στο U, όταν πηγαίνουμε από την αρχική κατάσταση "i" στην τελική κατάσταση "f", εξαρτάται μόνο από τις τιμές του U στις αρχικές και τις τελικές καταστάσεις. ΔU = U
f
- U i
Σύμφωνα με τον πρώτο νόμο της θερμοδυναμικής, η εσωτερική αλλαγή ενέργειας ενός απομονωμένου συστήματος είναι μηδέν. Το σύμπαν είναι ένα απομονωμένο σύστημα. Ως εκ τούτου, ΔU για το σύμπαν είναι μηδέν.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ ενθαλπίας και εσωτερικής ενέργειας; • Η ενθαλπία μπορεί να παρουσιαστεί στην ακόλουθη εξίσωση όπου U είναι η εσωτερική ενέργεια, p είναι πίεση, και V είναι ο όγκος του συστήματος. H = U + pV • Επομένως, η εσωτερική ενέργεια βρίσκεται μέσα στον ενθαλπικό όρο. Η ενθαλπία δίνεται ως
ΔU = q + w
