Різниця між ентальпією та внутрішньою енергією

Ентальпія проти внутрішньої енергії

З метою вивчення хімії ми ділимо Всесвіт на дві частини як систему та оточуючі. У будь-який час частина, яка нас цікавить, - це система, а решта - навколишнє. Ентальпія та внутрішня енергія - це два поняття, пов'язані з першим законом термодинаміки, і вони описують реакції, що відбуваються в системі та навколишніх.

Що таке Ентальпія?

Коли відбувається реакція, вона може поглинати або виділяти тепло, і якщо реакція проводиться при постійному тиску, це тепло називається ентальпією реакції. Ентальпію молекул неможливо виміряти. Тому вимірюють ентальпію під час реакції. Зміна ентальпії (∆H) для реакції в заданій температурі та тиску отримується шляхом віднімання ентальпії реагентів від ентальпії продуктів. Якщо це значення негативне, то реакція екзотермічна. Якщо значення позитивне, тоді, як кажуть, реакція є ендотермічною. Зміна ентальпії між будь-якою парою реагентів і продуктів не залежить від шляху між ними. Крім того, зміна ентальпії залежить від фази реагентів. Наприклад, коли кисневі та водневі гази реагують на отримання водяної пари, зміна ентальпії становить -483,7 кДж. Однак, коли ті ж реагенти реагують на отримання рідкої води, зміна ентальпії становить -571,5 кДж.

2Н₂ (ж) + О₂ (g) → 2H₂O (г); ∆H = -483,7 кДж

2Н₂ (ж) + О₂ (г) → 2Н₂О (л); ∆H = -571,7 кДж

Що таке внутрішня енергія?

Тепло і робота - це два способи передачі енергії. У механічних процесах енергія може передаватися з одного місця в інше, але загальна кількість енергії зберігається. У хімічних перетвореннях застосовується аналогічний принцип. Розглянемо таку реакцію, як згоряння метану.

СН₄ + 2 О₂ → СО₂ + 2 Н₂О

Якщо реакція відбувається в герметичній ємності, все, що відбувається, - виділяється тепло. Ми могли б використовувати цей виділений фермент для виконання механічних робіт, таких як запуск турбіни або парової машини тощо. Існує нескінченна кількість способів розподілу енергії, отриманої в результаті реакції, між теплом і роботою. Однак встановлено, що сума теплоти, що розвивалася, і виконана механічна робота завжди є постійною. Це призводить до думки, що переходячи від реагентів до продуктів, існує якась властивість, яка називається, внутрішньою енергією (U). Зміна внутрішньої енергії позначається як ∆U.

∆U = q + w; де q - тепло і w - виконана робота

Внутрішня енергія називається функцією стану, оскільки її значення залежить від стану системи, а не від того, як система опинилася в такому стані. Тобто, зміна U при переході від початкового стану "i" до кінцевого стану "f" залежить лише від значень U у початковому та кінцевому станах.

∆U = U_f - U_i

Згідно з першим законом термодинаміки, внутрішня зміна енергії ізольованої системи дорівнює нулю. Всесвіт - це ізольована система; отже, ∆U для Всесвіту дорівнює нулю.