Unterschied zwischen innerer Energie und Enthalpie?
Ich habe diese Frage im Mortimer gelesen. Das einzige, was ich weiß ist, dass beide durch die Formel H = U + pV zusammenhängen...Aber wo genau ist der Unterschied?
2 Antworten
pV ist die Volumenarbeit, also Druck*Volumen. Wenn bei einer Reaktion z.B. ein Gas entsteht und sich gegen den Luftdruck ausdehnt, muss diese Energie ja irgendwo herkommen.
Wenn keine Gase im Spiel sind oder das Volumen trotzdem konstant bleibt, spielt pV nur bei hohen Drücken eine wesentliche Rolle.
Eine Möglichkeit, sich den Unterschied zu vergegenwärtigen, ist die folgende: Sowohl die innere Energie als auch die Enthalpie messe die thermische Energie, in einem System steckt. Anschaulich ist das die Menge Wärmeenergie, die man brauchst, um das System vom absoluten Nullpunkt auf die gegebene Temperatur (typischerweise 25 °C) zu erwärmen. Dabei sind aber alle Phasenübergänge, chemische Reaktionen etc. der Einfachheit halber ausgeklammert.
Dabei gibt aber zwei Möglichkeiten, wie das Aufheizen vom 0 K auf 25 °C bewerkstelligt werden kann: Bei konstantem Volumen (isochor) oder konstantem Druck (isobar). Im ersten Fall heißt die nöẗige Wärmemenge „innere Energie“, im zweiteren „Enthalpie“. Die Enthalpie ist fast immer größer als die Enthalpie, weil sich das System beim Erwärmen ausdehnt and beim Umgebungsdruck p>0 an der Umgebung eine Volumsarbeit pΔV>0 leistet, deshalb ΔH = ΔU + pΔV.
Das was ich beschrieben habe ist nur der temperaturabhängige Teil der inneren Energie bzw. Enthalpie. Dazu komm noch ein temperaturunabhängiger Teil, der für beide gleich ist und er die chemische Stabilität Aufschluß gibt.
Übrigend ist am Erhitzen von 0 K bis 25 °C nichts Spezielles. Du kannst ganz allgemein zwei Punkte A, B im Phasenraum hernehmen und Dich nach dem Energieumsatz fragen, wenn sich das System von A nach B bewegt. In der Diskussion zuvor unterschieden sich die beiden Punkte ur in der Temperatur, aber auch chemische Umsätze sind möglich. In jedem Fall kannst Du den Prozeß isochor oder isobar führen und bekommst entsprechend eine Energie bzw. eine Enthalpie heraus
- Der Prozeß kann z.B. bei 1 mol Methanol und 2 mol O₂ beginnen und bei 1 mol CO₂ und 2 mol H₂O enden. Der Energieumsatz ist die Verbrennungsenergie bzw. -enthalpie von Methanol. Wenn Start- und Endpunkt bei 25 °C liegen, dann spricht man von Standardverbrennungsenergie bzw. Standardverbrennungsenthalpie.
- Wir können aber auch von 1 mol Graphit, 2 mol H₂ und ½ mol O₂ beginnen und zu 1 mol Methanol gehen, beides bei 25 °C — das ist dann die Standardbildungsenergie bzw. Standardbildungsenthalpie.