Entalpia vs siseenergia
Keemia õppimise eesmärgil jagame universumi kaheks kui süsteemiks ja ümbritsevaks. Igal ajal huvitab meid süsteem ja ülejäänu on ümbritsev. Entalpia ja siseenergia on kaks mõistet, mis on seotud termodünaamika esimese seadusega ning kirjeldavad süsteemis ja ümbritsevas keskkonnas toimuvaid reaktsioone.
Mis on entalpia?
Kui reaktsioon toimub, võib see neelata või eraldada soojust ja kui reaktsioon toimub konstantsel rõhul, nimetatakse seda soojust reaktsiooni entalpiaks. Molekulide entalpiat ei saa mõõta. Seetõttu mõõdetakse entalpia muutust reaktsiooni ajal. Reaktsiooni entalpia muutus (∆H) antud temperatuuril ja rõhul saadakse, lahutades produktide entalpiast reaktiivide entalpia. Kui see väärtus on negatiivne, on reaktsioon eksotermiline. Kui väärtus on positiivne, nimetatakse reaktsiooni endotermiliseks. Entalpia muutus mis tahes reaktiivide ja produktide paari vahel ei sõltu nendevahelisest teest. Veelgi enam, entalpia muutus sõltub reagentide faasist. Näiteks kui hapnik ja vesinik gaasid reageerivad veeauru tekkeks, on entalpia muutus -483,7 kJ. Kui aga samad reagendid reageerivad vedela vee saamiseks, on entalpia muutus –571,5 kJ.
2H2 (g) +O2 (g) → 2H2O (g); ∆H=-483,7 kJ
2H2 (g) +O2 (g) → 2H2O (l); ∆H=-571,7 kJ
Mis on siseenergia?
Kuumus ja töö on kaks võimalust energia ülekandmiseks. Mehaanilistes protsessides võib energiat ühest kohast teise üle kanda, kuid energia koguhulk säilib. Keemilistes muundamistes kehtib sarnane põhimõte. Mõelge sellisele reaktsioonile nagu metaani põlemine.
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H 2O
Kui reaktsioon toimub suletud anumas, siis eraldub vaid soojus. Võiksime seda vabanenud ensüümi kasutada mehaaniliste tööde tegemiseks, nagu turbiini või aurumasina käivitamine jne. Reaktsiooni käigus toodetud energia saab jagada lõpmatul hulgal soojuse ja töö vahel. Siiski leitakse, et eraldunud soojuse ja tehtud mehaanilise töö summa on alati konstantne. See viib mõttele, et reagentidelt toodetele üleminekul on mingi omadus, mida nimetatakse siseenergiaks (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, mitte sellest, kuidas süsteem sellesse olekusse sattus. See tähendab, et U muutus algolekust "i" lõppolekusse "f" minnes sõltub ainult U väärtustest alg- ja lõppolekus.
∆U=Uf – Ui
Vastav alt termodünaamika esimesele seadusele on isoleeritud süsteemi siseenergia muutus null. Universum on isoleeritud süsteem; seetõttu on ∆U universumi jaoks null.
Mis vahe on entalpial ja siseenergial?
• Entalpia saab esitada järgmise võrrandiga, kus U on siseenergia, p on rõhk ja V on süsteemi ruumala.
H=U + pV
• Seetõttu on siseenergia entalpia tähtaja sees. Entalpia on antud kujul
∆U=q + w
