Enthalpie vs. Innere Energie
Für die Studienzwecke in Chemie teilen wir das Universum in zwei Teile als System und Umgebung. Der Teil, der uns interessiert, ist zu jeder Zeit das System, und der Rest ist die Umgebung. Enthalpie und innere Energie sind zwei Konzepte, die mit dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik verwandt sind und die Reaktionen beschreiben, die in einem System und der Umgebung stattfinden.
Was ist Enthalpie?
Wenn eine Reaktion stattfindet, kann sie Wärme aufnehmen oder abgeben, und wenn die Reaktion bei konstantem Druck durchgeführt wird, wird diese Wärme als Reaktionsenthalpie bezeichnet. Die Enthalpie von Molekülen kann nicht gemessen werden. Daher wird die Änderung der Enthalpie während einer Reaktion gemessen. Die Enthalpieänderung (∆H) für eine Reaktion bei gegebener Temperatur und gegebenem Druck erhält man durch Subtrahieren der Enthalpie der Reaktanten von der Enthalpie der Produkte. Ist dieser Wert negativ, so ist die Reaktion exotherm. Ist der Wert positiv, spricht man von einer endothermen Reaktion. Die Enthalpieänderung zwischen jedem Paar von Reaktanten und Produkten ist unabhängig vom Weg zwischen ihnen. Darüber hinaus hängt die Enthalpieänderung von der Phase der Reaktanten ab. Wenn beispielsweise die Sauerstoff- und Wasserstoffgase reagieren, um Wasserdampf zu erzeugen, beträgt die Enthalpieänderung -483,7 kJ. Wenn jedoch die gleichen Reaktanten reagieren, um flüssiges Wasser zu erzeugen, beträgt die Enthalpieänderung -571,5 kJ.
2H2 (g) +O2 (g) → 2H2O (g); ∆H=-483,7 kJ
2H2 (g) +O2 (g) → 2H2O (l); ∆H=-571,7 kJ
Was ist innere Energie?
Wärme und Arbeit sind zwei Arten der Energieübertragung. Bei mechanischen Prozessen kann Energie von einem Ort zum anderen übertragen werden, aber die gesamte Energiemenge bleibt erh alten. Bei chemischen Umwandlungen gilt ein ähnliches Prinzip. Stellen Sie sich eine Reaktion wie die Verbrennung von Methan vor.
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H 2O
Wenn die Reaktion in einem verschlossenen Behälter stattfindet, wird lediglich Wärme freigesetzt. Wir könnten dieses freigesetzte Enzym verwenden, um mechanische Arbeit zu verrichten, wie zum Beispiel eine Turbine oder eine Dampfmaschine anzutreiben usw. Es gibt unendlich viele Möglichkeiten, wie die durch die Reaktion erzeugte Energie zwischen Wärme und Arbeit aufgeteilt werden könnte. Es zeigt sich jedoch, dass die Summe aus entwickelter Wärme und verrichteter mechanischer Arbeit immer eine Konstante ist. Dies führt zu der Idee, dass es beim Übergang von Reaktanten zu Produkten eine Eigenschaft gibt, die als innere Energie (U) bezeichnet wird. Die Änderung der inneren Energie wird mit ∆U. bezeichnet.
∆U=q + w; wobei q die Wärme und w die verrichtete Arbeit ist
Die innere Energie wird Zustandsfunktion genannt, da ihr Wert vom Zustand des Systems abhängt und nicht davon, wie das System in diesen Zustand gekommen ist. Das heißt, die Änderung von U beim Übergang vom Anfangszustand „i“zum Endzustand „f“hängt nur von den Werten von U im Anfangs- und Endzustand ab.
∆U=Uf – Ui
Nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik ist die innere Energieänderung eines isolierten Systems gleich Null. Das Universum ist ein isoliertes System; daher ist ∆U für das Universum Null.
Was ist der Unterschied zwischen Enthalpie und innerer Energie?
• Die Enthalpie kann in der folgenden Gleichung dargestellt werden, wobei U die innere Energie, p der Druck und V das Volumen des Systems ist.
H=U + pV
• Daher liegt die innere Energie innerhalb des Enthalpieterms. Die Enthalpie wird angegeben als
∆U=q + w
