Enthalpi vs intern energi
Til studiets formål i kemi deler vi universet i to som system og omgivelser. Til enhver tid er den del, vi er interesseret i, systemet, og resten er omkring. Entalpi og indre energi er to begreber relateret til termodynamikkens første lov, og de beskriver de reaktioner, der finder sted i et system og omgivelserne.
Hvad er entalpi?
Når en reaktion finder sted, kan den absorbere eller udvikle varme, og hvis reaktionen udføres ved konstant tryk, kaldes denne varme for reaktionens entalpi. Entalpi af molekyler kan ikke måles. Derfor måles ændring i entalpi under en reaktion. Entalpiændringen (∆H) for en reaktion i en given temperatur og tryk opnås ved at trække entalpien af reaktanter fra entalpien af produkter. Hvis denne værdi er negativ, er reaktionen eksoterm. Hvis værdien er positiv, siges reaktionen at være endoterm. Ændringen i entalpi mellem ethvert par af reaktanter og produkter er uafhængig af vejen mellem dem. Desuden afhænger entalpiændring af reaktanternes fase. For eksempel, når oxygen- og brintgasserne reagerer for at producere vanddamp, er entalpiændringen -483,7 kJ. Men når de samme reaktanter reagerer for at producere flydende vand, er entalpiændringen -571,5 kJ.
2H2 (g) +O2 (g) → 2H2O (g); ∆H=-483,7 kJ
2H2 (g) +O2 (g) → 2H2O (l); ∆H=-571,7 kJ
Hvad er intern energi?
Varme og arbejde er to måder at overføre energi på. I mekaniske processer kan energi overføres fra et sted til et andet, men den samlede mængde energi bevares. Ved kemiske omdannelser gælder et lignende princip. Overvej en reaktion som f.eks. forbrænding af metan.
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H 2O
Hvis reaktionen finder sted i en forseglet beholder, sker der kun, at der frigives varme. Vi kunne bruge dette frigivne enzym til at udføre mekanisk arbejde, såsom at køre en turbine eller dampmaskine osv. Der er et uendeligt antal måder, hvorpå den energi, der produceres ved reaktionen, kan deles op mellem varme og arbejde. Det viser sig dog, at summen af den udviklede varme og det udførte mekaniske arbejde altid er konstant. Dette leder til ideen om, at når man går fra reaktanter til produkter, er der en egenskab, der kaldes den indre energi (U). Ændringen af intern energi betegnes som ∆U.
∆U=q + w; hvor q er varmen og w er det udførte arbejde
Den indre energi kaldes en tilstandsfunktion, da dens værdi afhænger af systemets tilstand og ikke, hvordan systemet kom til at være i den tilstand. Det vil sige, at ændringen i U, når man går fra starttilstanden "i" til sluttilstanden "f", kun afhænger af værdierne af U i start- og sluttilstanden.
∆U=Uf – Ui
Ifølge termodynamikkens første lov er den indre energiændring i et isoleret system nul. Universet er et isoleret system; derfor er ∆U for universet nul.
Hvad er forskellen mellem entalpi og intern energi?
• Entalpi kan præsenteres i følgende ligning, hvor U er den indre energi, p er tryk, og V er systemets rumfang.
H=U + pV
• Derfor er intern energi inden for entalpileddet. Entalpi gives som
∆U=q + w
