Энтальпия және ішкі энергия
Химияны зерттеу мақсатында біз ғаламды жүйе және айнала деп екіге бөлеміз. Кез келген уақытта бізді қызықтыратын бөлік - жүйе, ал қалғаны - айнала. Энтальпия және ішкі энергия термодинамиканың бірінші заңына қатысты екі ұғым болып табылады және олар жүйеде және қоршаған ортада болып жатқан реакцияларды сипаттайды.
Энтальпия дегеніміз не?
Реакция болған кезде ол жылуды жұтуы немесе бөлуі мүмкін, ал егер реакция тұрақты қысымда жүргізілсе, бұл жылу реакцияның энтальпиясы деп аталады. Молекулалардың энтальпиясын өлшеу мүмкін емес. Сондықтан реакция кезіндегі энтальпияның өзгеруі өлшенеді. Берілген температура мен қысымдағы реакция үшін энтальпияның өзгеруі (∆H) өнімдердің энтальпиясынан әрекеттесуші заттардың энтальпиясын алып тастау арқылы алынады. Егер бұл мән теріс болса, реакция экзотермиялық болады. Егер мән оң болса, онда реакция эндотермиялық деп аталады. Кез келген әрекеттесуші заттар мен өнімдер жұбы арасындағы энтальпияның өзгеруі олардың арасындағы жолға тәуелсіз. Сонымен қатар, энтальпияның өзгеруі әрекеттесуші заттардың фазасына байланысты. Мысалы, оттегі мен сутегі газдары әрекеттескенде су буы түзілсе, энтальпияның өзгеруі -483,7 кДж болады. Дегенмен, бірдей әрекеттесуші заттар сұйық су өндіру үшін әрекеттескенде, энтальпияның өзгеруі -571,5 кДж болады.
2H2 (g) +O2 (g) → 2H2O (g); ∆H=-483,7 кДж
2H2 (g) +O2 (g) → 2H2O (l); ∆H=-571,7 кДж
Ішкі энергия дегеніміз не?
Жылу және жұмыс энергияны тасымалдаудың екі жолы. Механикалық процестерде энергия бір жерден екінші орынға берілуі мүмкін, бірақ энергияның жалпы мөлшері сақталады. Химиялық түрлендірулерде ұқсас принцип қолданылады. Метанның жануы сияқты реакцияны қарастырайық.
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H 2O
Егер реакция герметикалық ыдыста жүрсе, тек жылу бөлінеді. Біз бұл босатылған ферментті турбинаны немесе бу қозғалтқышын басқару сияқты механикалық жұмыстарды орындау үшін пайдалана аламыз. Реакция нәтижесінде пайда болатын энергияны жылу мен жұмыс арасында бөлудің шексіз саны бар. Дегенмен, бөлінетін жылу мен орындалған механикалық жұмыстың қосындысы әрқашан тұрақты болатыны анықталды. Бұл әрекеттесуші заттардан өнімдерге өту кезінде ішкі энергия (U) деп аталатын қандай да бір қасиет бар деген идеяға әкеледі. Ішкі энергияның өзгеруі ∆U деп белгіленеді.
∆U=q + w; мұндағы q – жылу, ал w – орындалған жұмыс
Ішкі энергия күй функциясы деп аталады, өйткені оның мәні жүйенің бұл күйге қалай келгеніне емес, жүйенің күйіне байланысты. Яғни, бастапқы «i» күйінен «f» соңғы күйіне өткен кезде U өзгерісі бастапқы және соңғы күйлердегі U мәндеріне ғана байланысты.
∆U=Uf – Ui
Термодинамиканың бірінші заңы бойынша оқшауланған жүйенің ішкі энергиясының өзгеруі нөлге тең. Ғалам – оқшауланған жүйе; сондықтан ғалам үшін ∆U нөлге тең.
Энтальпия мен ішкі энергияның айырмашылығы неде?
• Энтальпияны келесі теңдеуде беруге болады, мұнда U – ішкі энергия, p – қысым және V – жүйенің көлемі.
H=U + pV
• Демек, ішкі энергия энтальпия терминінде. Энтальпиятүрінде берілген
∆U=q + w
