آنتالپی در مقابل انرژی داخلی
برای اهداف مطالعه در شیمی، جهان را به عنوان یک سیستم و اطراف به دو قسمت تقسیم می کنیم. در هر زمان، بخشی که ما به آن علاقه داریم، سیستم است و بقیه در اطراف است. آنتالپی و انرژی درونی دو مفهوم مرتبط با قانون اول ترمودینامیک هستند و واکنش هایی را که در یک سیستم و محیط اطراف انجام می شود توصیف می کنند.
آنتالپی چیست؟
هنگامی که واکنشی انجام می شود، ممکن است گرما را جذب یا ایجاد کند، و اگر واکنش با فشار ثابت انجام شود، این گرما آنتالپی واکنش نامیده می شود. آنتالپی مولکول ها قابل اندازه گیری نیست.بنابراین، تغییر در آنتالپی در طول یک واکنش اندازه گیری می شود. تغییر آنتالپی (∆H) برای یک واکنش در دما و فشار معین با کم کردن آنتالپی واکنش دهنده ها از آنتالپی محصولات به دست می آید. اگر این مقدار منفی باشد، واکنش گرمازا است. اگر مقدار مثبت باشد، واکنش گرماگیر است. تغییر در آنتالپی بین هر جفت واکنش دهنده و محصولات مستقل از مسیر بین آنهاست. علاوه بر این، تغییر آنتالپی به فاز واکنش دهنده ها بستگی دارد. به عنوان مثال، هنگامی که گازهای اکسیژن و هیدروژن برای تولید بخار آب واکنش می دهند، تغییر آنتالپی 483.7- کیلوژول است. با این حال، هنگامی که واکنش‌دهنده‌های مشابه برای تولید آب مایع واکنش نشان می‌دهند، تغییر آنتالپی 571.5- کیلوژول است.
2H2 (g) +O2 (g) → 2H2O (g)؛ ∆H=-483.7 kJ
2H2 (g) +O2 (g) → 2H2O (ل)؛ ∆H=-571.7 kJ
انرژی درونی چیست؟
گرما و کار دو راه برای انتقال انرژی هستند.در فرآیندهای مکانیکی، انرژی ممکن است از مکانی به مکان دیگر منتقل شود، اما مقدار کل انرژی حفظ می شود. در تبدیل های شیمیایی، اصل مشابهی اعمال می شود. واکنشی مانند احتراق متان را در نظر بگیرید.
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H 2O
اگر واکنش در یک ظرف در بسته انجام شود، تنها چیزی که اتفاق می افتد این است که گرما آزاد می شود. ما می‌توانیم از این آنزیم آزاد شده برای انجام کارهای مکانیکی مانند راه‌اندازی یک توربین یا موتور بخار و غیره استفاده کنیم. راه‌های بی‌نهایتی وجود دارد که انرژی تولید شده توسط واکنش را می‌توان بین گرما و کار تقسیم کرد. با این حال، مشخص شد که مجموع گرمای تکامل یافته و کار مکانیکی انجام شده همیشه ثابت است. این منجر به این ایده می شود که در انتقال از واکنش دهنده ها به محصولات، خاصیتی به نام انرژی داخلی (U) وجود دارد. تغییر انرژی داخلی به عنوان ∆U نشان داده می شود.
∆U=q + w; که در آن q گرما و w کار انجام شده است
انرژی داخلی تابع حالت نامیده می شود زیرا مقدار آن به وضعیت سیستم بستگی دارد نه اینکه چگونه سیستم در آن حالت قرار گرفته است. یعنی تغییر U، هنگام رفتن از حالت اولیه "i" به حالت نهایی "f"، فقط به مقادیر U در حالت های اولیه و نهایی بستگی دارد.
∆U=Uf – Ui
طبق قانون اول ترمودینامیک، تغییر انرژی داخلی یک سیستم ایزوله صفر است. کیهان یک سیستم منزوی است. بنابراین، ∆U برای جهان صفر است.
تفاوت بین آنتالپی و انرژی داخلی چیست؟
• آنتالپی را می توان در معادله زیر ارائه کرد که در آن U انرژی داخلی، p فشار، و V حجم سیستم است.
H=U + pV
• بنابراین انرژی درونی در حد آنتالپی است. آنتالپی به صورتداده می شود
∆U=q + w
