Էնթալպիա ընդդեմ ներքին էներգիայի
Քիմիայի ուսումնասիրության նպատակների համար մենք տիեզերքը բաժանում ենք երկու մասի՝ որպես համակարգ և շրջապատ: Ցանկացած պահի մեզ հետաքրքրող մասը համակարգն է, իսկ մնացածը շրջապատում է: Էնթալպիան և ներքին էներգիան երկու հասկացություններ են, որոնք առնչվում են թերմոդինամիկայի առաջին օրենքին, և դրանք նկարագրում են համակարգում և շրջակա միջավայրում տեղի ունեցող ռեակցիաները:
Ի՞նչ է էնթալպիան:
Երբ ռեակցիա է տեղի ունենում, այն կարող է կլանել կամ առաջացնել ջերմություն, և եթե ռեակցիան իրականացվում է մշտական ճնշման տակ, ապա այդ ջերմությունը կոչվում է ռեակցիայի էթալպիա: Մոլեկուլների էնթալպիան հնարավոր չէ չափել:Հետևաբար, ռեակցիայի ընթացքում էթալպիայի փոփոխությունը չափվում է: Տվյալ ջերմաստիճանում և ճնշման դեպքում էթալպիական փոփոխությունը (∆H) ստացվում է արգասիքների էնթալպիայից հանելով ռեակտիվների էնթալպիան: Եթե այս արժեքը բացասական է, ապա ռեակցիան էկզոթերմիկ է: Եթե արժեքը դրական է, ապա ասում են, որ ռեակցիան էնդոթերմիկ է: Ցանկացած զույգ ռեակտիվների և արտադրանքների միջև էթալպիայի փոփոխությունը անկախ է նրանց միջև եղած ուղուց: Ավելին, էթալպիայի փոփոխությունը կախված է ռեակտիվների փուլից։ Օրինակ, երբ թթվածինը և ջրածինը փոխազդում են՝ առաջացնելով ջրային գոլորշի, էթալպիայի փոփոխությունը կազմում է -483,7 կՋ։ Այնուամենայնիվ, երբ նույն ռեակտիվները արձագանքում են հեղուկ ջրի առաջացմանը, էթալպիական փոփոխությունը կազմում է -571,5 կՋ։
2H2 (g) +O2 (գ) → 2H2O (g); ∆H=-483,7 կՋ
2H2 (g) +O2 (գ) → 2H2O (l); ∆H=-571,7 կՋ
Ի՞նչ է ներքին էներգիան:
Ջերմությունը և աշխատանքը էներգիան փոխանցելու երկու եղանակ են:Մեխանիկական գործընթացներում էներգիան կարող է փոխանցվել մի վայրից մյուսը, սակայն էներգիայի ընդհանուր քանակը պահպանվում է: Քիմիական փոխակերպումների դեպքում կիրառվում է նմանատիպ սկզբունք։ Դիտարկենք այնպիսի ռեակցիա, ինչպիսին է մեթանի այրումը։
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H 2O
Եթե ռեակցիան տեղի է ունենում փակ տարայի մեջ, տեղի է ունենում միայն այն, որ ջերմությունն ազատվում է: Մենք կարող ենք օգտագործել այս ազատված ֆերմենտը մեխանիկական աշխատանք կատարելու համար, ինչպիսիք են տուրբինային կամ գոլորշու շարժիչը և այլն: Գոյություն ունեն անսահման թվով եղանակներ, որոնց միջոցով ռեակցիայի արդյունքում ստացված էներգիան կարող է բաժանվել ջերմության և աշխատանքի միջև: Այնուամենայնիվ, պարզվում է, որ առաջացած ջերմության և կատարված մեխանիկական աշխատանքի գումարը միշտ հաստատուն է: Սա հանգեցնում է այն մտքին, որ ռեակտիվներից դեպի արտադրանք անցնելիս կա որոշակի հատկություն, որը կոչվում է ներքին էներգիա (U): Ներքին էներգիայի փոփոխությունը նշվում է որպես ∆U:
∆U=q + w; որտեղ q-ը ջերմությունն է, իսկ w-ը՝ կատարված աշխատանքը
Ներքին էներգիան կոչվում է վիճակի ֆունկցիա, քանի որ դրա արժեքը կախված է համակարգի վիճակից և ոչ թե այն, թե ինչպես է համակարգը հայտնվել այդ վիճակում: Այսինքն, U-ի փոփոխությունը սկզբնական «i» վիճակից անցնելիս վերջնական «f» վիճակին կախված է միայն սկզբնական և վերջնական վիճակներում U-ի արժեքներից։
∆U=Uf – Ui
Ջերմոդինամիկայի առաջին օրենքի համաձայն՝ մեկուսացված համակարգի ներքին էներգիայի փոփոխությունը զրո է։ Տիեզերքը մեկուսացված համակարգ է. հետևաբար, ∆U տիեզերքի համար զրո է։
Ո՞րն է տարբերությունը էնթալպիայի և ներքին էներգիայի միջև:
• Էնթալպիան կարող է ներկայացվել հետևյալ հավասարմամբ, որտեղ U-ն ներքին էներգիան է, p-ն ճնշում է, իսկ V-ը համակարգի ծավալն է:
H=U + pV
• Հետևաբար, ներքին էներգիան գտնվում է էթալպիական տերմինի սահմաններում: Էնթալպիան տրվում է որպես
∆U=q + w
