Entalpija vs unutarnja energija
Za potrebe proučavanja kemije, svemir dijelimo na dva dijela kao sustav i okolinu. U svakom trenutku ono što nas zanima je sustav, a ostalo je okruženje. Entalpija i unutarnja energija dva su pojma povezana s prvim zakonom termodinamike, a opisuju reakcije koje se odvijaju u sustavu i okolini.
Što je entalpija?
Kada se odvija reakcija, ona može apsorbirati ili razviti toplinu, a ako se reakcija odvija pri konstantnom tlaku, ta se toplina naziva entalpija reakcije. Entalpija molekula se ne može mjeriti. Stoga se mjeri promjena entalpije tijekom reakcije. Promjena entalpije (∆H) za reakciju pri danoj 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 reakcija naziva endotermnom. Promjena entalpije između bilo kojeg para reaktanata i proizvoda neovisna je o putu između njih. Štoviše, promjena entalpije ovisi o fazi reaktanata. Na primjer, kada plinovi kisik i vodik reagiraju stvarajući vodenu paru, promjena entalpije je -483,7 kJ. Međutim, kada isti reaktanti reagiraju i proizvode tekuću vodu, promjena entalpije je -571,5 kJ.
2H2 (g) +O2 (g) → 2H2O (g); ∆H=-483,7 kJ
2H2 (g) +O2 (g) → 2H2O (l); ∆H=-571,7 kJ
Što je unutarnja energija?
Toplina i rad dva su načina prijenosa energije. U mehaničkim procesima energija se može prenositi s jednog mjesta na drugo, ali se ukupna količina energije čuva. U kemijskim transformacijama vrijedi sličan princip. Razmotrite reakciju kao što je izgaranje metana.
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H 2O
Ako se reakcija odvija u zatvorenoj posudi, sve što se događa je da se oslobađa toplina. Mogli bismo koristiti ovaj oslobođeni enzim za mehanički rad kao što je pokretanje turbine ili parnog stroja, itd. Postoji beskonačan broj načina na koji se energija proizvedena reakcijom može podijeliti između topline i rada. Međutim, utvrđeno je da je zbroj proizvedene topline i obavljenog mehaničkog rada uvijek konstanta. To dovodi do ideje da u prelasku od reaktanata do proizvoda postoji neko svojstvo koje se zove unutarnja energija (U). Promjena unutarnje energije označava se kao ∆U.
∆U=q + w; gdje je q toplina, a w obavljeni rad
Unutarnja energija se naziva funkcija stanja jer njezina vrijednost ovisi o stanju sustava, a ne o tome kako je sustav došao u to stanje. Odnosno, promjena U, kada se prelazi iz početnog stanja “i” u konačno stanje “f”, ovisi samo o vrijednostima U u početnom i konačnom stanju.
∆U=Uf – Ui
Prema prvom zakonu termodinamike, unutarnja promjena energije izoliranog sustava jednaka je nuli. Svemir je izolirani sustav; prema tome, ∆U za svemir je nula.
Koja je razlika između entalpije i unutarnje energije?
• Entalpija se može prikazati sljedećom jednadžbom gdje je U unutarnja energija, p tlak, a V volumen sustava.
H=U + pV
• Stoga je unutarnja energija unutar člana entalpije. Entalpija je dana kao
∆U=q + w
