Entalpia vs energia interna
A efectes d'estudi en química, dividim l'univers en dos com a sistema i l'entorn. En qualsevol moment, la part que ens interessa és el sistema, i la resta l'envolta. L'entalpia i l'energia interna són dos conceptes relacionats amb la primera llei de la termodinàmica i descriuen les reaccions que tenen lloc en un sistema i l'entorn.
Què és l'entalpia?
Quan té lloc una reacció, aquesta pot absorbir o evolucionar calor, i si la reacció es duu a terme a pressió constant, aquesta calor s'anomena entalpia de la reacció. L'entalpia de les molècules no es pot mesurar. Per tant, es mesura el canvi d'entalpia durant una reacció. El canvi d'entalpia (∆H) per a una reacció a una temperatura i una pressió determinades s'obté restant l'entalpia dels reactius de l'entalpia dels productes. Si aquest valor és negatiu, la reacció és exotèrmica. Si el valor és positiu, es diu que la reacció és endotèrmica. El canvi d'entalpia entre qualsevol parell de reactius i productes és independent del camí entre ells. A més, el canvi d'entalpia depèn de la fase dels reactius. Per exemple, quan els gasos d'oxigen i hidrogen reaccionen per produir vapor d'aigua, el canvi d'entalpia és de -483,7 kJ. Tanmateix, quan els mateixos reactius reaccionen per produir aigua líquida, el canvi d'entalpia és de -571,5 kJ.
2H2 (g) +O2 (g) → 2H2O (g); ∆H=-483,7 kJ
2H2 (g) +O2 (g) → 2H2O (l); ∆H=-571,7 kJ
Què és l'energia interna?
La calor i el treball són dues maneres de transferir energia. En els processos mecànics, l'energia es pot transferir d'un lloc a un altre, però es conserva la quantitat total d'energia. En les transformacions químiques, s'aplica un principi similar. Considereu una reacció com la combustió de metà.
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H 2O
Si la reacció té lloc en un recipient tancat, l'únic que passa és que s'allibera calor. Podríem utilitzar aquest enzim alliberat per fer treballs mecànics com ara fer funcionar una turbina o una màquina de vapor, etc. Hi ha una infinitat de maneres en què l'energia produïda per la reacció es podria dividir entre calor i treball. Tanmateix, es constata que la suma de la calor evolucionada i el treball mecànic realitzat és sempre una constant. Això porta a la idea que en passar dels reactius als productes, hi ha una propietat anomenada energia interna (U). El canvi d'energia interna es denota com ∆U.
∆U=q + w; on q és la calor i w és el treball fet
L'energia interna s'anomena funció d'estat, ja que el seu valor depèn de l'estat del sistema i no de com el sistema va arribar a estar en aquest estat. És a dir, el canvi de U, en passar de l'estat inicial “i” a l'estat final “f”, depèn només dels valors de U en els estats inicial i final.
∆U=Uf – Ui
Segons la primera llei de la termodinàmica, el canvi d'energia interna d'un sistema aïllat és zero. L'univers és un sistema aïllat; per tant, ∆U per a l'univers és zero.
Quina diferència hi ha entre l'entalpia i l'energia interna?
• L'entalpia es pot presentar a la següent equació on U és l'energia interna, p és la pressió i V és el volum del sistema.
H=U + pV
• Per tant, l'energia interna es troba dins del terme d'entalpia. L'entalpia es dóna com a, ∆U=q + w
