熱力学の第一法則

エネルギーの保存

エネルギーは 1 つの形から別の形に変換できるが、変化が起こる前に存在していたエネルギーは、変化が完了した後も必ず何らかの形で存在します。 この観察結果は、エネルギー保存の法則として表現されています。化学的または物理的な変化の間は、エネルギーを生成したり破壊したりすることはできませんが、形態を変えることはできます。

物質の保存則によると、化学物質の変化の中で物質の総量に変化は見られません。 化学反応が発生すると、エネルギーの変化は比較的小さく、質量の変化を測定するには小さすぎます。 従って、物質及びエネルギー保存の法則はよく保たれます。 しかし、核反応では、エネルギーの変化が（ 100 万倍程度）大きくなり、質量の変化が測定可能であり、物質エネルギーの変換も重要です。  

エネルギー伝達と内部エネルギー

物質はエネルギーの貯蔵容器として機能します。つまり、物質にエネルギーを追加したり、物質からエネルギーを取り出したりすることができます。 原子や分子の運動エネルギーが上昇すると、エネルギーは物質に保存されます。 運動エネルギーの増加は、原子または分子の並進移動（移動または直線運動）、振動、または回転の増加の形となる場合があります。 熱エネルギーが失われると、これらの運動の強度が低下し、運動エネルギーが低下します。

物質に存在する可能性のあるすべての種類のエネルギーの合計は、内部エネルギー（ U ）と呼ばれ、E と表すこともあります。

システムが変化すると、その内部エネルギーが変化し、システムから周囲、または周囲からシステムにエネルギーを移すことができます。 このように、周囲もまた、エネルギーと等しく逆の変化を経験します。

内部エネルギーは状態関数（または状態変数）の例であり、熱と仕事は状態関数ではありません。 状態関数の値は、システムが存在する状態にのみ依存し、その状態に到達する方法には依存しません。 数量が状態関数でない場合、その値はどのようにその状態に到達するかによって異なります。状態関数の例としては、標高または高度があります。高さ 5895m のキリマンジャロ山の頂上に立つと、 そこに徒歩で登ったかパラシュートで到達したか、どのように到達したかは問題ではありません。 しかし、キリマンジャロの頂上までの距離は、状態関数ではありません。 頂上までは、直行ルートで登ることもできるし、遠回りの道を進むこともできます。 したがって、移動距離は異なりますが（距離は状態関数ではない）、到達した標高は同じになります（高度は状態関数）。

このテキストは 、 OpenStax Chemistry 2e 、 Section 5.1 ： Energy Basics and OpenStax Chemistry 2e 、 Section 5.3 ： Endarpy から引用しています。