المحتوى الحراري مقابل الطاقة الداخلية
لأغراض الدراسة في الكيمياء ، نقسم الكون إلى قسمين كنظام ومحيط. في أي وقت ، الجزء الذي يهمنا هو النظام ، والباقي محاط. المحتوى الحراري والطاقة الداخلية هما مفهومان مرتبطان بالقانون الأول للديناميكا الحرارية ، وهما يصفان التفاعلات التي تحدث في النظام وما يحيط به.
ما هو المحتوى الحراري؟
عندما يحدث التفاعل ، فإنه قد يمتص الحرارة أو يطورها ، وإذا تم إجراء التفاعل عند ضغط ثابت ، فإن هذه الحرارة تسمى المحتوى الحراري للتفاعل. لا يمكن قياس المحتوى الحراري للجزيئات.لذلك ، يتم قياس التغير في المحتوى الحراري أثناء التفاعل. يتم الحصول على التغير في المحتوى الحراري (∆H) للتفاعل في درجة حرارة وضغط معينين عن طريق طرح المحتوى الحراري للمواد المتفاعلة من المحتوى الحراري للمنتجات. إذا كانت هذه القيمة سالبة ، يكون التفاعل طاردًا للحرارة. إذا كانت القيمة موجبة ، فيقال أن التفاعل ماص للحرارة. التغيير في المحتوى الحراري بين أي زوج من المواد المتفاعلة والمنتجات مستقل عن المسار بينهما. علاوة على ذلك ، يعتمد تغيير المحتوى الحراري على مرحلة المواد المتفاعلة. على سبيل المثال ، عندما يتفاعل الأكسجين وغازات الهيدروجين لإنتاج بخار الماء ، فإن تغير المحتوى الحراري يكون -483.7 كيلو جول. ومع ذلك ، عندما تتفاعل نفس المواد المتفاعلة لإنتاج ماء سائل ، فإن تغير المحتوى الحراري يكون -571.5 كيلو جول.
2H2(g) + O2(g) → 2H2O (ز) ؛ ∆H=-483.7 كيلوجول
2H2(g) + O2(g) → 2H2O (ل) ؛ ∆H=-571.7 كيلوجول
ما هي الطاقة الداخلية؟
الحرارة والعمل طريقتان لنقل الطاقة.في العمليات الميكانيكية ، يمكن نقل الطاقة من مكان إلى آخر ، ولكن يتم الحفاظ على الكمية الإجمالية للطاقة. في التحولات الكيميائية ، ينطبق مبدأ مماثل. ضع في اعتبارك تفاعلًا مثل احتراق الميثان.
CH4+ 2 O2→ CO2+ 2 H 2O
إذا حدث التفاعل في وعاء مغلق ، فكل ما يحدث هو إطلاق الحرارة. يمكننا استخدام هذا الإنزيم المحرر للقيام بأعمال ميكانيكية مثل تشغيل التوربينات أو المحرك البخاري ، وما إلى ذلك. هناك عدد لا حصر له من الطرق التي يمكن بها تقسيم الطاقة الناتجة عن التفاعل بين الحرارة والعمل. ومع ذلك ، فقد وجد أن مجموع الحرارة المتصاعدة والعمل الميكانيكي المنجز هو دائمًا ثابت. يؤدي هذا إلى فكرة أنه في الانتقال من المواد المتفاعلة إلى المنتجات ، هناك خاصية تسمى الطاقة الداخلية (U). يُشار إلى تغيير الطاقة الداخلية بـ ∆U.
∆U=q + w ؛ حيث q هي الحرارة و w هو العمل المنجز
تسمى الطاقة الداخلية وظيفة حالة لأن قيمتها تعتمد على حالة النظام وليس كيف أصبح النظام في تلك الحالة. أي أن التغيير في U ، عند الانتقال من الحالة الأولية "i" إلى الحالة النهائية "f" ، يعتمد فقط على قيم U في الحالة الأولية والنهائية.
∆U=Uf- Ui
وفقًا للقانون الأول للديناميكا الحرارية ، فإن تغيير الطاقة الداخلية لنظام معزول هو صفر. الكون نظام معزول. لذلك ، ∆U للكون هي صفر.
ما الفرق بين المحتوى الحراري والطاقة الداخلية؟
• يمكن تقديم المحتوى الحراري في المعادلة التالية حيث U هي الطاقة الداخلية ، و p هي الضغط ، و V هو حجم النظام.
H=U + pV
• لذلك ، فإن الطاقة الداخلية تقع ضمن مصطلح المحتوى الحراري. يُعطى المحتوى الحراري على النحو التالي
∆U=q + w
