ენთალპია vs შიდა ენერგია
ქიმიაში შესწავლის მიზნით, ჩვენ ვყოფთ სამყაროს ორად, როგორც სისტემა და გარემო. ნებისმიერ დროს, ის ნაწილი, რომელიც ჩვენ გვაინტერესებს, არის სისტემა, დანარჩენი კი გარშემორტყმულია. ენთალპია და შინაგანი ენერგია ორი ცნებაა, რომლებიც დაკავშირებულია თერმოდინამიკის პირველ კანონთან და ისინი აღწერენ რეაქციებს, რომლებიც მიმდინარეობს სისტემაში და მის გარშემო.
რა არის ენთალპია?
როდესაც რეაქცია ხდება, მას შეუძლია შთანთქოს ან წარმოქმნას სითბო, ხოლო თუ რეაქცია მიმდინარეობს მუდმივი წნევით, ამ სითბოს რეაქციის ენთალპია ეწოდება. მოლეკულების ენთალპიის გაზომვა შეუძლებელია.ამიტომ, რეაქციის დროს ენთალპიის ცვლილება იზომება. ენთალპიის ცვლილება (∆H) რეაქციისთვის მოცემულ ტემპერატურასა და წნევაზე მიიღება რეაგენტების ენთალპიის გამოკლებით პროდუქტების ენთალპიიდან. თუ ეს მნიშვნელობა უარყოფითია, მაშინ რეაქცია ეგზოთერმულია. თუ მნიშვნელობა დადებითია, მაშინ ამბობენ, რომ რეაქცია ენდოთერმულია. ენთალპიის ცვლილება ნებისმიერ წყვილ რეაგენტებსა და პროდუქტებს შორის დამოუკიდებელია მათ შორის გზისგან. უფრო მეტიც, ენთალპიის ცვლილება დამოკიდებულია რეაგენტების ფაზაზე. მაგალითად, როდესაც ჟანგბადი და წყალბადის აირები რეაგირებენ წყლის ორთქლის წარმოქმნით, ენთალპიის ცვლილება არის -483,7 კჯ. თუმცა, როდესაც იგივე რეაგენტები რეაგირებენ თხევადი წყლის წარმოქმნით, ენთალპიის ცვლილება არის -571,5 კჯ.
2H2 (გ) +O2 (გ) → 2H2O (ზ); ∆H=-483.7 კჯ
2H2 (გ) +O2 (გ) → 2H2O (ლ); ∆H=-571.7 კჯ
რა არის შინაგანი ენერგია?
სითბო და მუშაობა ენერგიის გადაცემის ორი გზაა.მექანიკურ პროცესებში ენერგია შეიძლება გადავიდეს ერთი ადგილიდან მეორეზე, მაგრამ ენერგიის მთლიანი რაოდენობა შენარჩუნებულია. ქიმიურ გარდაქმნებში მსგავსი პრინციპი მოქმედებს. განვიხილოთ ისეთი რეაქცია, როგორიცაა მეთანის წვა.
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H 2O
თუ რეაქცია ხდება დალუქულ ჭურჭელში, მხოლოდ სითბოს გამოყოფა ხდება. ჩვენ შეგვიძლია გამოვიყენოთ ეს გამოთავისუფლებული ფერმენტი მექანიკური სამუშაოების შესასრულებლად, როგორიცაა ტურბინის ან ორთქლის ძრავის გაშვება და ა.შ. არსებობს უსასრულო რაოდენობის გზები, რომლითაც რეაქციის შედეგად წარმოქმნილი ენერგია შეიძლება გაიყოს სითბოსა და მუშაობას შორის. თუმცა, აღმოჩნდა, რომ წარმოქმნილი სითბოს ჯამი და შესრულებული მექანიკური სამუშაო ყოველთვის მუდმივია. ეს იწვევს იმ აზრს, რომ რეაქტორებიდან პროდუქტებზე გადასვლისას არსებობს გარკვეული თვისება, რომელსაც ეწოდება შინაგანი ენერგია (U). შინაგანი ენერგიის ცვლილება აღინიშნება, როგორც ∆U.
∆U=q + w; სადაც q არის სითბო და w არის შესრულებული სამუშაო
შიდა ენერგიას ეწოდება მდგომარეობის ფუნქცია, რადგან მისი მნიშვნელობა დამოკიდებულია სისტემის მდგომარეობაზე და არა იმაზე, თუ როგორ გაჩნდა სისტემა ამ მდგომარეობაში. ანუ, U-ის ცვლილება, საწყისი მდგომარეობიდან „i“-დან საბოლოო „f“-ზე გადასვლისას დამოკიდებულია მხოლოდ U-ის მნიშვნელობებზე საწყის და საბოლოო მდგომარეობებში.
∆U=Uf – Ui
თერმოდინამიკის პირველი კანონის მიხედვით, იზოლირებული სისტემის შიდა ენერგიის ცვლილება ნულის ტოლია. სამყარო იზოლირებული სისტემაა; მაშასადამე, ∆U სამყაროსთვის არის ნული.
რა განსხვავებაა ენთალპიასა და შინაგან ენერგიას შორის?
• ენთალპია შეიძლება წარმოდგენილი იყოს შემდეგ განტოლებაში, სადაც U არის შიდა ენერგია, p არის წნევა და V არის სისტემის მოცულობა.
H=U + pV
• ამიტომ, შინაგანი ენერგია ენთალპიის ტერმინის ფარგლებშია. ენთალპია მოცემულია, როგორც
∆U=q + w
