Энтальпи ба дотоод энерги
Хими судлахын тулд бид орчлон ертөнцийг систем болон хүрээлэн буй орчин гэж хоёр хуваадаг. Ямар ч үед бидний сонирхож буй хэсэг бол систем, үлдсэн хэсэг нь эргэн тойронд байдаг. Энтальпи ба дотоод энерги нь термодинамикийн нэгдүгээр хуультай холбоотой хоёр ойлголт бөгөөд тэдгээр нь систем болон хүрээлэн буй орчинд явагдаж буй урвалуудыг тодорхойлдог.
Энтальпи гэж юу вэ?
Урвалт явагдах үед дулааныг шингээх эсвэл хувиргах ба урвалыг тогтмол даралтаар явуулбал энэ дулааныг урвалын энтальпи гэнэ. Молекулын энтальпийг хэмжих боломжгүй. Тиймээс урвалын үед энтальпийн өөрчлөлтийг хэмждэг. Өгөгдсөн температур ба даралт дахь урвалын энтальпийн өөрчлөлтийг (∆H) бүтээгдэхүүний энтальпээс урвалд орох бодисын энтальпийг хасч гаргана. Хэрэв энэ утга сөрөг байвал урвал нь экзотермик болно. Хэрэв утга эерэг байвал урвалыг эндотермик гэж нэрлэдэг. Аливаа хос урвалж ба бүтээгдэхүүний хоорондох энтальпийн өөрчлөлт нь тэдгээрийн хоорондох замаас үл хамаарна. Нэмж дурдахад энтальпийн өөрчлөлт нь урвалжуудын фазаас хамаарна. Жишээлбэл, хүчилтөрөгч ба устөрөгчийн хий нь усны уур үүсгэх урвалд ороход энтальпийн өөрчлөлт -483.7 кЖ байна. Гэсэн хэдий ч ижил урвалд орж шингэн ус үүсгэх үед энтальпийн өөрчлөлт -571.5 кЖ болно.
2H2 (g) +O2 (g) → 2H2O (g); ∆H=-483.7 кЖ
2H2 (g) +O2 (g) → 2H2O (l); ∆H=-571.7 кЖ
Дотоод энерги гэж юу вэ?
Дулаан ба ажил нь энерги дамжуулах хоёр арга юм. Механик процесст энерги нь нэг газраас нөгөөд шилжиж болох боловч нийт энергийн хэмжигдэхүүн хадгалагдана. Химийн хувиргалтанд ижил төстэй зарчим үйлчилдэг. Метан шатах зэрэг урвалыг авч үзье.
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H 2O
Хэрэв урвал битүүмжилсэн саванд явагддаг бол зөвхөн дулаан ялгардаг. Бид энэ ялгарсан ферментийг турбин, уурын хөдөлгүүр ажиллуулах гэх мэт механик ажил хийхэд ашиглаж болно. Урвалын үр дүнд үүссэн энергийг дулаан болон ажлын хооронд хуваах хязгааргүй олон арга бий. Гэсэн хэдий ч үүссэн дулааны нийлбэр ба гүйцэтгэсэн механик ажлын нийлбэр нь үргэлж тогтмол байдаг нь тогтоогджээ. Энэ нь урвалжаас бүтээгдэхүүн рүү шилжихэд дотоод энерги (U) гэж нэрлэгддэг шинж чанар байдаг гэсэн санааг бий болгодог. Дотоод энергийн өөрчлөлтийг ∆U гэж тэмдэглэв.
∆U=q + w; Энд q нь дулаан, w нь хийгдсэн ажил
Дотоод энергийг төлөв байдлын функц гэж нэрлэдэг, учир нь түүний үнэ цэнэ нь систем хэрхэн үүссэнээс биш системийн төлөв байдлаас хамаардаг. Өөрөөр хэлбэл, “i” анхны төлөвөөс “f” эцсийн төлөв рүү шилжих U-н өөрчлөлт нь зөвхөн эхний болон эцсийн төлөв дэх U-ийн утгуудаас хамаарна.
∆U=Uf – Ui
Термодинамикийн нэгдүгээр хуулийн дагуу тусгаарлагдсан системийн дотоод энергийн өөрчлөлт тэг байна. Орчлон ертөнц бол тусгаарлагдсан систем юм; тиймээс орчлон ертөнцийн ∆U нь тэг болно.
Энтальпи ба дотоод энерги хоёрын ялгаа юу вэ?
• Энтальпийг дараах тэгшитгэлээр илэрхийлж болно: U нь дотоод энерги, p нь даралт, V нь системийн эзэлхүүн юм.
H=U + pV
• Тиймээс дотоод энерги нь энтальпийн нэр томъёонд багтдаг. Энтальпийггэж өгөгдсөн
∆U=q + w
