Entalpia vs siseenergia
Keemia õppimise eesmärgil jagame universumi süsteemiks ja ümbritsevaks kaheks. Igal ajal on meid huvitav süsteem ja ülejäänud on ümbritsevad. Entalpia ja siseenergia on kaks termodünaamika esimese seadusega seotud mõistet ning need kirjeldavad süsteemis ja ümbritsevas toimuvaid reaktsioone.
Mis on entalpia?
Kui reaktsioon toimub, võib see neelata või arendada soojust ja kui reaktsioon viiakse läbi püsiva rõhu all, nimetatakse seda kuumust reaktsiooni entalpiaks. Molekulide entalpiat ei saa mõõta. Seetõttu mõõdetakse reaktsiooni käigus entalpia muutusi. Teatud temperatuuril ja rõhul toimuva reaktsiooni entalpia muutus (∆H) saadakse reaktiivide entalpia lahutamisel toodete entalpiast. Kui see väärtus on negatiivne, on reaktsioon eksotermiline. Kui väärtus on positiivne, siis öeldakse, et reaktsioon on endotermiline. Mis tahes reaktiivide ja saaduste paari entalpia muutus ei sõltu nende vahelisest teest. Pealegi sõltub entalpia muutus reagentide faasist. Näiteks kui hapniku- ja vesinikgaasid reageerivad veeauru tekitamiseks, on entalpia muutus -483,7 kJ. Kuid,kui samad reaktandid reageerivad vedelale veele, on entalpia muutus -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
Mis on siseenergia?
Soojus ja töö on kaks viisi energia ülekandmiseks. Mehaanilistes protsessides võib energia kanduda ühest kohast teise, kuid energia üldkogus on konserveeritud. Keemiliste muundamiste korral kehtib sarnane põhimõte. Vaatleme sellist reaktsiooni nagu metaani põlemine.
CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O
Kui reaktsioon toimub suletud anumas, juhtub ainult see, et soojus eraldub. Me võiksime seda vabanenud ensüümi kasutada mehaaniliste tööde tegemiseks, näiteks turbiini või aurumasina käitamiseks jne. On lõpmatu arv viise, kuidas reaktsiooni käigus toodetud energiat saaks jagada soojuse ja töö vahel. Siiski leitakse, et arenenud soojuse ja tehtud mehaanilise töö summa on alati konstantne. See viib ideeni, et reaktantidest toodete juurde minnes on olemas mingi omadus, mida nimetatakse sisemiseks energiaks (U). Siseenergia muutust tähistatakse kui ∆U.
∆U = q + w; kus q on soojus ja w on tehtud töö
Siseenergiat nimetatakse olekufunktsiooniks, kuna selle väärtus sõltub süsteemi olekust ja mitte sellest, kuidas süsteem sellises olekus tekkis. See tähendab, et U muutus algseisundist “i” lõppseisundisse “f” minnes sõltub ainult U väärtustest alg- ja lõppseisundites.
∆U = U f - U i
Esimese termodünaamikaseaduse kohaselt on isoleeritud süsteemi sisemine energia muutus null. Universum on eraldatud süsteem; seetõttu on universumi ∆U null.
Mis vahe on entalpial ja siseenergial?
• Entalpiat saab esitada järgmises võrrandis, kus U on siseenergia, p on rõhk ja V on süsteemi maht.
H = U + pV
• Seetõttu jääb siseenergia entalpia termini piiresse. Entalpia antakse, ∆U = q + w
