Entalpie vs vnitřní energie
Pro studijní účely v chemii rozdělujeme vesmír na dva systémy a okolí. Část, která nás zajímá, je kdykoli systém a zbytek obklopuje. Entalpie a vnitřní energie jsou dva pojmy související s prvním zákonem termodynamiky a popisují reakce probíhající v systému a jeho okolí.
Co je to entalpie?
Když reakce probíhá, může absorbovat nebo vyvíjet teplo, a pokud se reakce provádí za konstantního tlaku, toto teplo se nazývá entalpie reakce. Entalpie molekul nelze měřit. Proto se měří změna entalpie během reakce. Změna entalpie (∆H) pro reakci při dané teplotě a tlaku se získá odečtením entalpie reaktantů od entalpie produktů. Pokud je tato hodnota záporná, pak je reakce exotermická. Pokud je hodnota kladná, pak se říká, že reakce je endotermická. Změna entalpie mezi jakoukoli dvojicí reaktantů a produktů je nezávislá na cestě mezi nimi. Změna entalpie navíc závisí na fázi reaktantů. Například když kyslík a vodíkové plyny reagují za vzniku vodní páry, změna entalpie je -483,7 kJ. Nicméně,když stejné reaktanty reagují za vzniku kapalné vody, je změna entalpie -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
Co je vnitřní energie?
Teplo a práce jsou dva způsoby přenosu energie. V mechanických procesech může být energie přenášena z jednoho místa na druhé, ale celkové množství energie je zachováno. U chemických transformací platí podobný princip. Zvažte reakci, jako je spalování metanu.
CH 4 + 2 O 2 → CO 2 + 2 H 2 O
Pokud reakce probíhá v uzavřené nádobě, stane se pouze to, že se uvolňuje teplo. Tento uvolněný enzym bychom mohli použít k provádění mechanické práce, jako je provoz turbíny nebo parního stroje atd. Existuje nekonečné množství způsobů, jak lze energii produkovanou reakcí rozdělit mezi teplo a práci. Zjistilo se však, že součet vyvíjeného tepla a provedené mechanické práce je vždy konstantní. To vede k myšlence, že při přechodu z reaktantů na produkty existuje určitá vlastnost zvaná vnitřní energie (U). Změna vnitřní energie se označuje jako ∆U.
∆U = q + w; kde q je teplo a w je práce
Vnitřní energie se nazývá stavová funkce, protože její hodnota závisí na stavu systému a ne na tom, jak se systém v tomto stavu dostal. To znamená, že změna U při přechodu z počátečního stavu „i“do konečného stavu „f“závisí pouze na hodnotách U v počátečním a konečném stavu.
∆U = U f - U i
Podle prvního termodynamického zákona je změna vnitřní energie izolované soustavy nulová. Vesmír je izolovaný systém; proto ∆U pro vesmír je nula.
Jaký je rozdíl mezi entalpií a vnitřní energií?
• Entalpie může být prezentována v následující rovnici, kde U je vnitřní energie, p je tlak a V je objem systému.
H = U + pV
• Proto je vnitřní energie v termínu entalpie. Entalpie je uvedena jako, ∆U = q + w
