Enthalpie gegen innere Energie
Für die Studienzwecke in der Chemie teilen wir das Universum als System und Umgebung in zwei Teile. Der Teil, an dem wir interessiert sind, ist jederzeit das System, und der Rest ist umgebend. Enthalpie und innere Energie sind zwei Konzepte, die sich auf den ersten Hauptsatz der Thermodynamik beziehen und die Reaktionen beschreiben, die in einem System und in der Umgebung stattfinden.
Was ist Enthalpie?
Wenn eine Reaktion stattfindet, kann sie Wärme absorbieren oder entwickeln, und wenn die Reaktion bei konstantem Druck durchgeführt wird, wird diese Wärme als Enthalpie der Reaktion bezeichnet. Die Enthalpie von Molekülen kann nicht gemessen werden. Daher wird die Änderung der Enthalpie während einer Reaktion gemessen. Die Enthalpieänderung (∆H) für eine Reaktion bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck wird durch Subtrahieren der Enthalpie der Reaktanten von der Enthalpie der Produkte erhalten. Wenn dieser Wert negativ ist, ist die Reaktion exotherm. Wenn der Wert positiv ist, wird die Reaktion als endotherm bezeichnet. Die Änderung der Enthalpie zwischen einem Paar von Reaktanten und Produkten ist unabhängig vom Weg zwischen ihnen. Darüber hinaus hängt die Enthalpieänderung von der Phase der Reaktanten ab. Wenn beispielsweise die Sauerstoff- und Wasserstoffgase unter Bildung von Wasserdampf reagieren, beträgt die Enthalpieänderung -483,7 kJ. Jedoch,Wenn die gleichen Reaktanten unter Bildung von flüssigem Wasser reagieren, beträgt die Enthalpieänderung -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
Was ist innere Energie?
Wärme und Arbeit sind zwei Möglichkeiten, Energie zu übertragen. Bei mechanischen Prozessen kann Energie von einem Ort zum anderen übertragen werden, die Gesamtenergiemenge bleibt jedoch erhalten. Bei chemischen Umwandlungen gilt ein ähnliches Prinzip. Betrachten Sie eine Reaktion wie die Verbrennung von Methan.
CH 4 + 2 O 2 → CO 2 + 2 H 2 O.
Wenn die Reaktion in einem verschlossenen Behälter stattfindet, wird lediglich Wärme freigesetzt. Wir könnten dieses freigesetzte Enzym verwenden, um mechanische Arbeiten wie den Betrieb einer Turbine oder einer Dampfmaschine usw. auszuführen. Es gibt unendlich viele Möglichkeiten, die durch die Reaktion erzeugte Energie zwischen Wärme und Arbeit aufzuteilen. Es zeigt sich jedoch, dass die Summe der Wärmeentwicklung und der durchgeführten mechanischen Arbeit immer konstant ist. Dies führt zu der Idee, dass es beim Übergang von Reaktanten zu Produkten eine Eigenschaft gibt, die als innere Energie (U) bezeichnet wird. Die Änderung der inneren Energie wird als ∆U bezeichnet.
∆U = q + w; Dabei ist q die Wärme und w die geleistete Arbeit
Die innere Energie wird als Zustandsfunktion bezeichnet, da ihr Wert vom Zustand des Systems abhängt und nicht davon, wie das System in diesem Zustand entstanden ist. Das heißt, die Änderung von U beim Übergang vom Anfangszustand "i" zum Endzustand "f" hängt nur von den Werten von U im Anfangs- und Endzustand ab.
∆U = U f - U i
Nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik ist die interne Energieänderung eines isolierten Systems Null. Das Universum ist ein isoliertes System; Daher ist ∆U für das Universum Null.
Was ist der Unterschied zwischen Enthalpie und innerer Energie?
• Die Enthalpie kann in der folgenden Gleichung dargestellt werden, wobei U die innere Energie, p der Druck und V das Volumen des Systems ist.
H = U + pV
• Daher liegt die innere Energie innerhalb des Enthalpieterms. Die Enthalpie ist gegeben als,
∆U = q + w
