Entalpía frente a energía interna
Para los propósitos de estudio en química, dividimos el universo en dos como un sistema y un entorno. En cualquier momento, la parte que nos interesa es el sistema, y el resto lo rodea. La entalpía y la energía interna son dos conceptos relacionados con la primera ley de la termodinámica y describen las reacciones que tienen lugar en un sistema y su entorno.
¿Qué es la entalpía?
Cuando tiene lugar una reacción, puede absorber o desprender calor, y si la reacción se lleva a cabo a presión constante, este calor se denomina entalpía de la reacción. La entalpía de las moléculas no se puede medir. Por lo tanto, se mide el cambio de entalpía durante una reacción. El cambio de entalpía (∆H) para una reacción a una temperatura y presión determinadas se obtiene restando la entalpía de los reactivos de la entalpía de los productos. Si este valor es negativo, entonces la reacción es exotérmica. Si el valor es positivo, se dice que la reacción es endotérmica. El cambio de entalpía entre cualquier par de reactivos y productos es independiente del camino entre ellos. Además, el cambio de entalpía depende de la fase de los reactivos. Por ejemplo, cuando los gases oxígeno e hidrógeno reaccionan para producir vapor de agua, el cambio de entalpía es -483,7 kJ. Sin embargo, cuando los mismos reactivos reaccionan para producir agua líquida, el cambio de entalpía es -571,5 kJ.
2H2 (g) +O2 (g) → 2H2O (gramo); ∆H=-483,7 kJ
2H2 (g) +O2 (g) → 2H2O (l); ∆H=-571,7 kJ
¿Qué es la energía interna?
Calor y trabajo son dos formas de transferir energía. En los procesos mecánicos, la energía puede transferirse de un lugar a otro, pero se conserva la cantidad total de energía. En las transformaciones químicas se aplica un principio similar. Considere una reacción como la combustión de metano.
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H 2O
Si la reacción tiene lugar en un recipiente sellado, todo lo que sucede es que se libera calor. Podríamos usar esta enzima liberada para realizar un trabajo mecánico, como hacer funcionar una turbina o una máquina de vapor, etc. Hay un número infinito de formas en que la energía producida por la reacción podría dividirse entre calor y trabajo. Sin embargo, se encuentra que la suma del calor desprendido y el trabajo mecánico realizado es siempre una constante. Esto lleva a la idea de que al pasar de los reactivos a los productos, existe una propiedad llamada energía interna (U). El cambio de energía interna se denota como ∆U.
∆U=q + w; donde q es el calor y w es el trabajo realizado
La energía interna se llama función de estado ya que su valor depende del estado del sistema y no de cómo el sistema llegó a ese estado. Es decir, el cambio de U, al pasar del estado inicial “i” al estado final “f”, depende únicamente de los valores de U en los estados inicial y final.
∆U=Uf – Ui
Según la primera ley de la termodinámica, el cambio de energía interna de un sistema aislado es cero. El universo es un sistema aislado; por lo tanto, ∆U para el universo es cero.
¿Cuál es la diferencia entre entalpía y energía interna?
• La entalpía se puede presentar en la siguiente ecuación, donde U es la energía interna, p es la presión y V es el volumen del sistema.
H=U + pV
• Por lo tanto, la energía interna está dentro del término de entalpía. La entalpía se da como, ∆U=q + w
