6.2: Pierwsza zasada termodynamiki

Oszczędzanie energii

Energia może być przekształcona z jednej formy w drugą, ale cała energia obecna przed zajściem zmiany zawsze istnieje w jakiejś formie po zakończeniu zmiany. Spostrzeżenie to wyraża się w prawie zachowania energii: podczas przemiany chemicznej lub fizycznej energia nie może być ani wytworzona, ani zniszczona, chociaż może zmienić swoją formę.

Zgodnie z prawem zachowania materii podczas przemiany chemicznej nie ma wykrywalnej zmiany w całkowitej ilości materii. Kiedy zachodzą reakcje chemiczne, zmiany energii są stosunkowo niewielkie, a zmiany masy są zbyt małe, aby można je było zmierzyć. Tak więc prawa zachowania materii i energii są dobrze przestrzegane. Jednak w reakcjach jądrowych zmiany energii są znacznie większe (o czynnik około miliona), zmiany masy są mierzalne, a konwersje materii i energii są znaczące. 

Transfer energii i energia wewnętrzna

Substancje działają jak rezerwuary energii, co oznacza, że energia może być do nich dodawana lub z nich usuwana. Energia jest magazynowana w substancji, gdy wzrasta energia kinetyczna jej atomów lub cząsteczek. Większa energia kinetyczna może mieć postać zwiększonych translacji (ruchów w linii prostej lub prostej), wibracji lub obrotów atomów lub cząsteczek. Kiedy energia cieplna jest tracona, intensywność tych ruchów maleje, a energia kinetyczna spada. 

Suma wszystkich możliwych rodzajów energii obecnej w substancji nazywana jest energią wewnętrzną (U), czasami symbolizowaną jako E.

Gdy system ulega zmianie, jego energia wewnętrzna może się zmieniać, a energia może być przekazywana z systemu do otoczenia lub z otoczenia do systemu. W ten sposób otoczenie również doświadcza równej i przeciwstawnej zmiany swojej energii.

Energia wewnętrzna jest przykładem funkcji stanu (lub zmiennej stanu), podczas gdy ciepło i praca nie są funkcjami stanu. Wartość funkcji stanu zależy tylko od stanu, w jakim znajduje się system, a nie od sposobu osiągnięcia tego stanu. Jeśli wielkość nie jest funkcją stanu, to jej wartość zależy od sposobu osiągnięcia stanu. Przykładem funkcji stanu jest wysokość lub wysokość. Stojąc na szczycie Kilimandżaro na wysokości 5895 m n.p.m., nie ma znaczenia, w jaki sposób się do niego dotarło, czy ktoś tam wędrował, czy skakał ze spadochronem. Odległość przebyta na szczyt Kilimandżaro nie jest jednak funkcją państwową. Na szczyt można było wspiąć się bezpośrednią drogą lub bardziej okrężną, okrężną ścieżką. W związku z tym przebyte odległości będą się różnić (odległość nie jest funkcją stanu); Jednak osiągnięta wysokość byłaby taka sama (wysokość jest funkcją stanu).

Ten tekst został zaadaptowany z OpenStax Chemistry 2e, Sekcja 5.1: Podstawy energii i OpenStax Chemistry 2e, Sekcja 5.3: Entalpia.