Entalpia vs Energia Interna
Ai fini dello studio della chimica, dividiamo l'universo in due come sistema e circostante. In ogni 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 ha luogo una reazione, può assorbire o sviluppare calore, e se la reazione è condotta 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, la reazione si dice 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 di ossigeno e idrogeno reagiscono per produrre vapore acqueo, la variazione di entalpia è -483,7 kJ. Tuttavia, quando gli stessi reagenti reagiscono per produrre acqua liquida, la variazione di entalpia è -571,5 kJ.
2H2 (g) +O2 (g) → 2H2O (g); ∆H=-483,7 kJ
2H2 (g) +O2 (g) → 2H2O (l); ∆H=-571,7 kJ
Cos'è l'energia interna?
Il calore e il lavoro sono due modi per trasferire energia. Nei processi meccanici, l'energia può essere trasferita da un luogo all' 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.
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H 2O
Se la reazione avviene in un contenitore sigillato, succede solo che il calore viene rilasciato. Potremmo usare questo enzima rilasciato per eseguire lavori meccanici come far funzionare una turbina o un motore a vapore, ecc. Esistono infiniti modi in cui l'energia prodotta dalla reazione potrebbe essere suddivisa tra calore e lavoro. Tuttavia si trova che la somma del calore sviluppato e del lavoro meccanico svolto è sempre una costante. Questo porta all'idea che nel passare dai reagenti ai prodotti, esiste una proprietà chiamata energia interna (U). Il cambiamento di energia interna è indicato come ∆U.
∆U=q + w; dove q è il calore e w è il lavoro svolto
L'energia interna è chiamata funzione di stato in quanto il suo valore dipende dallo stato del sistema e non da come il sistema è arrivato in quello stato. Cioè, il cambiamento di U, quando si passa dallo stato iniziale “i” allo stato finale “f”, dipende solo dai valori di U nello stato iniziale e finale.
∆U=Uf – Ui
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 è entro il termine di entalpia. L'entalpia è data come
∆U=q + w
