L’energia può essere convertita da una forma all’altra, ma tutta l’energia presente prima che si verifichi un cambiamento esiste sempre in qualche forma dopo il completamento del cambiamento. Questa osservazione è espressa nella legge di conservazione dell’energia: durante un cambiamento chimico o fisico, l’energia non può essere né creata né distrutta, anche se può essere cambiata nella forma.
Secondo la legge di conservazione della materia, non vi è alcun cambiamento rilevabile nella quantità totale di materia durante un cambiamento chimico. Quando si verificano reazioni chimiche, i cambiamenti di energia sono relativamente modesti e i cambiamenti di massa sono troppo piccoli per essere misurati. Pertanto, le leggi di conservazione della materia e dell’energia sono ben in possesso. Tuttavia, nelle reazioni nucleari, i cambiamenti energetici sono molto più grandi (per fattori di circa un milione), i cambiamenti di massa sono misurabili e le conversioni materia-energia sono significative.
Le sostanze fungono da serbatoi di energia, il che significa che l’energia può essere aggiunta o rimossa da esse. L’energia viene immagazzinata in una sostanza quando viene sollevata l’energia cinetica dei suoi atomi o molecole. La maggiore energia cinetica può essere sotto forma di maggiori traduzioni (movimenti di viaggio o di linea retta), vibrazioni o rotazioni degli atomi o delle molecole. Quando l’energia termica viene persa, le intensità di questi movimenti diminuiscono e l’energia cinetica diminuisce.
Il totale di tutti i possibili tipi di energia presenti in una sostanza è chiamato energia interna (U), a volte simboleggiata come E.
Quando un sistema subisce un cambiamento, la sua energia interna può cambiare e l’energia può essere trasferita dal sistema all’ambiente circostante o dall’ambiente circostante al sistema. Così, l’ambiente circostante sperimenta anche un cambiamento uguale e opposto nella sua energia.
L’energia interna è un esempio di funzione di stato (o variabile di stato), mentre il calore e il lavoro non sono funzioni di stato. Il valore di una funzione di stato dipende solo dallo stato in cui si trova un sistema e non dal modo in cui tale stato viene raggiunto. Se una quantità non è una funzione di stato, il relativo valore dipende dal modo in cui viene raggiunto lo stato. Un esempio di funzione di stato è l’altitudine o l’elevazione. In piedi sulla cima del Monte Kilimangiaro ad un’altitudine di 5895 m, non importa come sia stato raggiunto, se qualcuno ha camminato lì o si è paracadutato lì. La distanza percorsa fino alla cima del Kilimangiaro, tuttavia, non è una funzione di stato. Si potrebbe salire in vetta con un percorso diretto o con una rotatoria più rotonda, sentiero tortuoso. Quindi, le distanze percorse differirebbero (la distanza non è una funzione di stato); tuttavia, l’elevazione raggiunta sarebbe la stessa (l’altitudine è una funzione di stato).
Questo testo è adattato da OpenStax Chemistry 2e, Sezione 5.1: Energy Basics and OpenStax Chemistry 2e, Sezione 5.3: Enthalpy.