Entalpia vs energia interna
Ai fini dello studio in chimica, dividiamo l'universo in due come sistema e circostante. In qualsiasi momento, la parte che ci interessa è il sistema, e il resto è circostante. Entalpia ed energia interna sono due concetti legati alla prima legge della termodinamica e descrivono le reazioni che avvengono in un sistema e nell'ambiente circostante.
Cos'è l'entalpia?
Quando si verifica una reazione, può assorbire o sviluppare calore e, se la reazione è portata a pressione costante, questo calore è chiamato entalpia della reazione. L'entalpia delle molecole non può essere misurata. Pertanto, viene misurata la variazione di entalpia durante una reazione. La variazione di entalpia (∆H) per una reazione a una data temperatura e pressione si ottiene sottraendo l'entalpia dei reagenti dall'entalpia dei prodotti. Se questo valore è negativo, la reazione è esotermica. Se il valore è positivo, si dice che la reazione è endotermica. La variazione di entalpia tra qualsiasi coppia di reagenti e prodotti è indipendente dal percorso tra di loro. Inoltre, la variazione di entalpia dipende dalla fase dei reagenti. Ad esempio, quando i gas ossigeno e idrogeno reagiscono per produrre vapore acqueo, la variazione di entalpia è di -483,7 kJ. Tuttavia,quando gli stessi reagenti reagiscono per produrre acqua liquida, la variazione di entalpia è -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
Cos'è l'energia interna?
Il calore e il lavoro sono due modi per trasferire l'energia. Nei processi meccanici, l'energia può essere trasferita da un luogo a un altro, ma la quantità totale di energia viene conservata. Nelle trasformazioni chimiche si applica un principio simile. Considera una reazione come la combustione del metano.
CH 4 + 2 O 2 → CO 2 + 2 H 2 O
Se la reazione avviene in un contenitore sigillato, tutto ciò che accade è che il calore viene rilasciato. Potremmo usare questo enzima rilasciato per svolgere lavori meccanici come far funzionare una turbina o un motore a vapore, ecc. Ci sono un numero infinito di modi in cui l'energia prodotta dalla reazione potrebbe essere divisa tra calore e lavoro. Tuttavia, si è riscontrato che la somma del calore evoluto e del lavoro meccanico svolto è sempre una costante. Questo porta all'idea che nel passare dai reagenti ai prodotti, ci sia una proprietà chiamata energia interna (U). Il cambiamento di energia interna è indicato come ∆U.
∆U = q + w; dove q è il calore ew è il lavoro svolto
L'energia interna è chiamata funzione di stato poiché il suo valore dipende dallo stato del sistema e non da come il sistema è arrivato in quello stato. Cioè, il cambiamento di U, passando dallo stato iniziale "i" allo stato finale "f", dipende solo dai valori di U negli stati iniziale e finale.
∆U = U f - U i
Secondo la prima legge della termodinamica, la variazione di energia interna di un sistema isolato è zero. L'universo è un sistema isolato; quindi, ∆U per l'universo è zero.
Qual è la differenza tra entalpia ed energia interna?
• L'entalpia può essere presentata nella seguente equazione dove U è l'energia interna, p è la pressione e V è il volume del sistema.
H = U + pV
• Pertanto, l'energia interna rientra nel termine entalpico. L'entalpia è data come,
∆U = q + w
