Entalpija vs vidinė energija
Chemijos studijų tikslais visatą padalijame į dvi dalis kaip sistemą ir aplinką. Bet kuriuo metu mus domina sistema, o visa kita – aplinka. Entalpija ir vidinė energija yra dvi sąvokos, susijusios su pirmuoju termodinamikos dėsniu, ir jos apibūdina reakcijas, vykstančias sistemoje ir aplinkoje.
Kas yra entalpija?
Kai vyksta reakcija, ji gali sugerti arba išskirti šilumą, o jei reakcija vyksta esant pastoviam slėgiui, ši šiluma vadinama reakcijos entalpija. Neįmanoma išmatuoti molekulių entalpijos. Todėl matuojamas entalpijos pokytis reakcijos metu. Reakcijos entalpijos pokytis (∆H) tam tikroje temperatūroje ir slėgyje gaunamas iš produktų entalpijos atėmus reaguojančių medžiagų entalpiją. Jei ši vertė yra neigiama, reakcija yra egzoterminė. Jei reikšmė teigiama, vadinasi, reakcija yra endoterminė. Bet kurios reagentų ir produktų poros entalpijos pokytis nepriklauso nuo kelio tarp jų. Be to, entalpijos pokytis priklauso nuo reagentų fazės. Pavyzdžiui, kai deguonies ir vandenilio dujos reaguoja, kad susidarytų vandens garai, entalpijos pokytis yra -483,7 kJ. Tačiau kai tie patys reagentai reaguoja į skystą vandenį, entalpijos pokytis yra –571,5 kJ.
2H2 (g) +O2 (g) → 2H2O (g); ∆H=-483,7 kJ
2H2 (g) +O2 (g) → 2H2O (l); ∆H=–571,7 kJ
Kas yra vidinė energija?
Šiluma ir darbas yra du energijos perdavimo būdai. Mechaniniuose procesuose energija gali būti perkelta iš vienos vietos į kitą, tačiau bendras energijos kiekis išsaugomas. Cheminėse transformacijose galioja panašus principas. Apsvarstykite tokią reakciją kaip metano degimas.
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H 2O
Jei reakcija vyksta sandariame inde, atsitinka tik šiluma. Šį išleistą fermentą galėtume panaudoti mechaniniams darbams, pvz., turbinai ar garo varikliui paleisti, ir pan. Yra begalė būdų, kaip reakcijos metu pagamintą energiją galima padalyti į šilumą ir darbą. Tačiau nustatyta, kad išsiskyrusios šilumos ir atlikto mechaninio darbo suma visada yra pastovi. Tai veda prie idėjos, kad pereinant nuo reagentų prie produktų, yra tam tikra savybė, vadinama vidine energija (U). Vidinės energijos pokytis žymimas ∆U.
∆U=q + w; kur q yra šiluma, o w yra atliktas darbas
Vidinė energija vadinama būsenos funkcija, nes jos vertė priklauso nuo sistemos būsenos, o ne nuo to, kaip sistema atsidūrė toje būsenoje. Tai reiškia, kad U pokytis, pereinant iš pradinės būsenos „i“į galutinę būseną „f“, priklauso tik nuo U reikšmių pradinėje ir galutinėje būsenose.
∆U=Uf – Ui
Pagal pirmąjį termodinamikos dėsnį izoliuotos sistemos vidinis energijos pokytis yra lygus nuliui. Visata yra izoliuota sistema; todėl ∆U visatai yra nulis.
Kuo skiriasi entalpija ir vidinė energija?
• Entalpiją galima pateikti šioje lygtyje, kur U yra vidinė energija, p yra slėgis, o V yra sistemos tūris.
H=U + pV
• Todėl vidinė energija yra entalpijos termino ribose. Entalpija pateikiama kaip
∆U=q + w
