Enthalpy vs Internal Energy
For studieformål i kjemi deler vi universet i to som et system og omgivelser. Den delen vi er interessert i er når som helst systemet, og resten rundt. Enthalpy og intern energi er to begreper relatert til termodynamikkens første lov, og de beskriver reaksjonene som foregår i et system og det omkringliggende.
Hva er Enthalpy?
Når en reaksjon finner sted, kan den absorbere eller utvikle varme, og hvis reaksjonen bæres ved konstant trykk, kalles denne varmen reaksjonens entalpi. Enthalpi av molekyler kan ikke måles. Derfor måles endring i entalpi under en reaksjon. Entalpiendringen (∆H) for en reaksjon ved en gitt temperatur og et trykk oppnås ved å trekke entalpi av reaktanter fra produktens entalpi. Hvis denne verdien er negativ, er reaksjonen eksoterm. Hvis verdien er positiv, sies det at reaksjonen er endoterm. Endringen i entalpi mellom et par reaktanter og produkter er uavhengig av banen mellom dem. Videre avhenger entalpiendring av fasen til reaktantene. For eksempel når oksygen- og hydrogengassene reagerer for å produsere vanndamp, er entalpiendringen -483,7 kJ. Derimot,når de samme reaktantene reagerer for å produsere flytende vann, er entalpiendringen -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
Hva er intern energi?
Varme og arbeid er to måter å overføre energi på. I mekaniske prosesser kan energi overføres fra ett sted til et annet, men den totale energimengden er bevart. Ved kjemiske transformasjoner gjelder et lignende prinsipp. Tenk på en reaksjon som forbrenning av metan.
CH 4 + 2 O 2 → CO 2 + 2 H 2 O
Hvis reaksjonen foregår i en forseglet beholder, er alt som skjer at varmen frigjøres. Vi kan bruke dette frigjorte enzymet til å utføre mekanisk arbeid som å kjøre en turbin- eller dampmaskin, etc. Det er uendelig mange måter at energien produsert av reaksjonen kan deles opp mellom varme og arbeid. Imidlertid er det funnet at summen av varmen utviklet seg og det utførte mekaniske arbeidet alltid er konstant. Dette fører til ideen om at det er noen egenskaper som kalles den indre energien (U) når man går fra reaktanter til produkter. Endringen av intern energi er betegnet som ∆U.
∆U = q + w; hvor q er varmen og w er arbeidet som er utført
Den indre energien kalles en tilstandsfunksjon, da verdien avhenger av tilstanden til systemet og ikke hvordan systemet ble til i den tilstanden. Det vil si at endringen i U, når den går fra starttilstanden "i" til slutttilstand "f", bare avhenger av verdiene til U i start- og slutttilstandene.
∆U = U f - U i
I henhold til termodynamikkens første lov er den indre energiforandringen i et isolert system null. Universet er et isolert system; derfor er ∆U for universet null.
Hva er forskjellen mellom entalpi og intern energi?
• Enthalpi kan presenteres i følgende ligning der U er den indre energien, p er trykk og V er systemets volum.
H = U + pV
• Derfor er intern energi innenfor entalpi-begrepet. Enthalpy er gitt som, ∆U = q + w
