Back to chapter

6.3:

İç Enerji

JoVE Core
Chemistry
This content is Free Access.
JoVE Core Chemistry
Internal Energy

Languages

Share

Kimyasal bir işlemde, ΔU ile temsil edilen reaktanların ve ürünlerin iç enerjileri arasındaki fark, sistemin reaksiyon sırasında enerji kazanma veya kaybetme durumunu belirlemek için kullanılır. ΔU sıfırdan büyükse, son iç enerji ilk iç enerjiden daha yüksektir ve sistem reaksiyon sırasında enerji kazanmıştır. ΔU sıfırdan küçükse, son iç enerji ilk iç enerjiden daha düşüktür, bu da sistemin enerji kaybettiği anlamına gelir.Termodinamiğin birinci yasasına göre, bir sistemin enerjisindeki herhangi bir değişiklik, çevresindeki eşit ve zıt bir değişiklikle dengelenmelidir. Dolayısıyla, bir sistemin iç enerjisindeki değişim, q”ile sembolize edilen ısı olarak aktarılan enerji artı w”ile sembolize edilen iş olarak aktarılan enerjiye eşittir. Kimyada, ısı ve iş için işaretler, sistemin enerji kazanıp kaybetmesine bağlıdır.Karbondioksitin karbon ve oksijen elementlerine dönüşümünü düşünelim. Reaktan, ürünlerden daha düşük iç enerjiye sahiptir, yani ΔU pozitiftir. Çevreden sisteme enerji aktarılarak iç enerji artırılır.Alternatif olarak, kükürt ve oksijen gazı arasındaki reaksiyon sırasında kükürt dioksit oluşur ve çevreye enerji aktarılır. Burada ürünler reaktanlardan daha düşük iç enerjiye sahiptir ve ΔU negatiftir. Bu nedenle, ΔU yalnızca sistemin ilk ve son iç enerji durumlarına ve çevreyle değiş tokuş edilen ısı ve işin büyüklüğüne bağlıdır.

6.3:

İç Enerji

Bir maddede bulunan tüm olası enerji türlerinin toplamı, iç enerji (U) olarak adlandırılır ve bazen E olarak sembolize edilir. Başlangıçta bir iç enerjiye sahip sistemin, Uinitial‘ın (Uilk), enerjide bir değişikliğe (iş veya ısı transferi) maruz kaldığını ve sistemin son iç enerjisinin Ufinal (Uson) olduğunu varsayalım. İç enerjideki değişim Ufinal ve Uinitial arasındaki farka eşittir. 

Bir sistem için Ufinal ve Uinitial için değerler belirlenemese de, termodinamiğin birinci yasası yalnızca Ufinal  ve Uinitial değerlerini bilmeden bile belirlenebilen ΔU değerini gerektirir. Pozitif bir ΔU değeri Ufinal > Uinitial olduğunda ortaya çıkar ve sistemin çevreden enerji aldığını gösterir. Ufinal < Uinitial olduğunda negatif bir ΔU değeri elde edilir ve sistemin çevreye enerji kaybettiğini gösterir.

Isı (termal enerji) ve iş (mekanik enerji), bir sistemin çevresiyle enerji alışverişinde bulunabileceği iki farklı yoldur. Enerji, çevreden ısıyı (q) emdiğinde veya çevre sistem üzerinde çalıştığında (w) bir sisteme aktarılır. 

Örneğin, oda sıcaklığındaki metal tel sıcak suya daldırılırsa (tel sudan ısıyı emer) veya hızla ileri geri bükülürse (tel üzerinde yapılan iş nedeniyle ısınırsa) tele enerji aktarılır. Her iki işlem de telin iç enerjisini artırır bu da telin sıcaklığındaki arttığını gösterir. Tersine, sistemden ısı kaybolduğunda veya sistem çevre üzerinde iş yaptığında enerji bir sistemden dışarı aktarılır. Örneğin, roket yakıtının yakılması muazzam miktarda ısı açığa çıkarır ve aynı zamanda belirli bir mesafeye bir kuvvet uygulayarak (bir uzay mekiğinin yerden kalkmasına neden olur) çevre üzerinde iş yapar. Her iki süreç de sistemin iç enerjisini azaltır.

İç enerji, ısı ve iş arasındaki ilişki denklemle gösterilebilir:

Bu, termodinamiğin birinci yasasının bir versiyonudur ve bir sistemin iç enerjisinin sisteme giren veya çıkan ısı akışı yoluyla değiştiğini veya işin sistem üzerinde veya tarafından yapıldığını gösterir. Isı ve iş için işaretler, sistemin enerji kazanıp kaybetdiğine bağlıdır. Pozitif q, çevreden sisteme ısı akışını, negatif q ise sistemden ısı çıkışını gösterir. İş, w, sistem üzerinde yapılıyorsa pozitif, sistem tarafından yapılıyorsa negatiftir.

q ve w ‘nin her ikisi de pozitif (>0) olduğunda, ΔU her zaman pozitiftir (>0) ve sistemin iç enerjisi artar. q ve w‘nin ikisi de negatif (<0) olduğunda, ΔU her zaman negatiftir (<0) ve sistemin iç enerjisi azalır. q ve w‘nin farklı işaretleri varsa, o zaman ΔU‘nun işareti, q ve w‘nin göreli büyüklüklerine bağlıdır.    

SI enerji, ısı ve iş birimi joule (J)’dir.

Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır: OpenStax Chemistry 2e, Section 5.3: Enthalpy.