Enthalpija vs unutarnja energija
U svrhu proučavanja kemije, dijelimo svemir na dva kao sustav i okruženje. U bilo kojem trenutku dio koji nas zanima je sustav, a ostalo je okruženje. Entalpija i unutarnja energija dva su pojma povezana s prvim zakonom termodinamike i opisuju reakcije koje se odvijaju u sustavu i okolini.
Što je entalpija?
Kada se reakcija dogodi, ona može apsorbirati ili razvijati toplinu, a ako se reakcija provodi pod konstantnim tlakom, ta se toplina naziva entalpijom reakcije. Entalpija molekula ne može se izmjeriti. Stoga se mjeri promjena entalpije tijekom reakcije. Promjena entalpije (∆H) za reakciju pri određenoj temperaturi i tlaku dobiva se oduzimanjem entalpije reaktanata od entalpije proizvoda. Ako je ta vrijednost negativna, tada je reakcija egzotermna. Ako je vrijednost pozitivna, tada se kaže da je reakcija endotermna. Promjena entalpije između bilo kojeg para reaktanata i proizvoda neovisna je o putu između njih. Štoviše, promjena entalpije ovisi o fazi reaktanata. Primjerice, kada plinovi kisika i vodika reagiraju stvarajući vodenu paru, promjena entalpije iznosi -483,7 kJ. Međutim,kada isti reaktanti reagiraju stvarajući tekuću vodu, promjena entalpije je -571,5 kJ.
2H 2 (g) + O 2 (g) → 2H 2 O (g); ∆H = -483,7 kJ
2H 2 (g) + O 2 (g) → 2H 2 O (l); ∆H = -571,7 kJ
Što je unutarnja energija?
Toplina i rad dva su načina prijenosa energije. U mehaničkim procesima energija se može prenijeti s jednog mjesta na drugo, ali ukupna količina energije se čuva. U kemijskim transformacijama primjenjuje se sličan princip. Razmotrite reakciju kao što je izgaranje metana.
CH 4 + 2 O 2 → CO 2 + 2 H 2 O
Ako se reakcija odvija u zatvorenoj posudi, događa se samo ispuštanje topline. Ovaj oslobođeni enzim mogli bismo koristiti za mehaničke radove poput pokretanja turbine ili parnog stroja itd. Postoji beskrajan broj načina na koje bi se energija proizvedena reakcijom mogla podijeliti između topline i rada. Međutim, utvrđeno je da je zbroj razvijene topline i obavljeni mehanički rad uvijek konstanta. To dovodi do ideje da u prelasku iz reaktanata u proizvode postoji neko svojstvo koje se naziva unutarnja energija (U). Promjena unutarnje energije označava se kao ∆U.
∆U = q + w; gdje je q toplina, a w obavljeni posao
Unutarnja energija naziva se funkcijom stanja jer njezina vrijednost ovisi o stanju sustava, a ne o tome kako je sustav postao u tom stanju. Odnosno, promjena U, pri prelasku iz početnog stanja "i" u konačno stanje "f", ovisi samo o vrijednostima U u početnom i završnom stanju.
∆U = U f - U i
Prema prvom zakonu termodinamike, unutarnja promjena energije izoliranog sustava je nula. Svemir je izolirani sustav; stoga je ∆U za svemir nula.
Koja je razlika između entalpije i unutarnje energije?
• Entalpija se može predstaviti u sljedećoj jednadžbi gdje je U unutarnja energija, p tlak i V volumen sustava.
H = U + pV
• Stoga je unutarnja energija unutar entalpijskog pojma. Entalpija se daje kao, ∆U = q + w
