主な相違点 – エンタルピーと内部エネルギー

エネルギーは、システムとその周囲との間でさまざまに交換されます。

エンタルピーと内部エネルギーは、このエネルギー交換を説明するために使われる熱力学用語です。

エンタルピーは内部エネルギーの種類の総和です。

内部エネルギーには、位置エネルギーと運動エネルギーがあります。

エンタルピーと内部エネルギーの主な違いは、エンタルピーが系で起こる化学反応中に吸収または発生する熱であるのに対し、内部エネルギーは系内の位置エネルギーと運動エネルギーの合計である点です。

エンタルピーとは

エンタルピーとは、化学反応の進行中に吸収または発生する熱エネルギーのことです。

エンタルピーは記号 H で表され、H はエネルギー量を表します。

エンタルピーの変化は、記号∆H で与えられ、記号∆はエンタルピーの変化を示します。

エンタルピーは、ジュール（j）またはキロジュール（kj）で与えられます。

エンタルピーは、系の内部エネルギーの総和であると言えます。

これは、化学反応中に内部エネルギーが変化し、この変化がエンタルピーとして測定されるからです。

一定の圧力で起こる過程のエンタルピーは、以下のように与えることができます。

H = U + PV

ここで

H はエンタルピーです。

したがって、エンタルピーは実際には内部エネルギーと、ある圧力で系の体積を維持するために必要なエネルギーの合計です。

PV」は、システムのための空間を作るために環境に対して行わなければならない仕事を示しています。

エンタルピー変化は、ある反応が吸熱反応であるか発熱反応であるかを示す。

もし∆Hの値が正の値であれば、その反応は吸熱反応です。

つまり、反応が起こるためには、その系に外からエネルギーが与えられる必要がある。

しかし、△Hの値が負の値であれば、その反応がエネルギーを外部に放出することを示している。

さらに、物質の相変化や状態変化でもエンタルピー変化が起こる。

例えば、固体が液体に変化する場合、エンタルピーが変化する。

これを「融解熱」という。

液体が気体に変わるときのエンタルピーの変化は気化熱と呼ばれる。

図01: 物質の状態や相の変化

上の図は、ある系における物質の状態または相の変化を示しています。

ここでは、すべての遷移にそれぞれのエンタルピーがあり、その反応が吸熱的か発熱的かを示しています。

系の温度はエンタルピーに大きな影響を与える。

上の式によると、エンタルピーは内部エネルギーが変化すると変化する。

温度が上がると、分子の運動エネルギーが大きくなるので、内部エネルギーが大きくなります。

すると、その系のエンタルピーも増加する。

内部エネルギーとは

ある系の内部エネルギーは、その系の位置エネルギーと運動エネルギーの和です。

位置エネルギーは蓄積されたエネルギーで、運動エネルギーは分子の運動により発生するエネルギーです。

内部エネルギーは記号Uで与えられ、内部エネルギーの変化は∆Uで与えられる。

圧力が一定の場合の内部エネルギーの変化は、その系におけるエンタルピー変化に等しい。

 内部エネルギーの変化は、2つの方法で起こる。

1つは熱伝導によるもので、系が外部から熱を吸収する場合と、周囲に熱を放出する場合があります。

どちらの方法でも、系の内部エネルギーを変化させることができる。

もうひとつは、仕事をすることによる方法です。

したがって、内部エネルギーの変化は以下のように与えることができる。

∆U = q + w

ここで

∆U は内部エネルギーの変化です。

q は移動する熱量です。

w はシステムに対して、またはシステムによって行われた仕事です。

しかし、孤立した系は内部エネルギーが一定で、エネルギー移動がゼロで仕事もないため、∆U の項を持つことができません。

ΔUの値が正のときは、系が外部から熱を吸収し、系に仕事が行われたことを示す。

∆Uが負の値である場合、システムが熱を放出し、システムによって仕事が行われることを示します。

しかし、内部エネルギーは位置エネルギーや運動エネルギーとして存在することはあっても、熱や仕事として存在することはない。

これは、熱や仕事が、系が変化を受けたときにのみ存在するためです。

エンタルピーと内部エネルギーの違い

定義

エンタルピー。

エンタルピーとは、化学反応の進行中に吸収または発生する熱エネルギーのこと。

内部エネルギー：あるシステムの内部エネルギーは、そのシステムの位置エネル ギーと運動エネルギーの合計です。

式

エンタルピー エンタルピーは H = U + PV で表される。

内部エネルギー。

内部エネルギーは ∆U = q + w で表される。

システム

エンタルピー エンタルピーとは、システムと周囲との関係として定義される。

内部エネルギー：内部エネルギーは、システム内の全エネルギーとして定義される。

結論

エンタルピーは周囲と接触している系に関係し、内部エネルギーは特定の系が構成する全エネルギーです。

しかし、エンタルピーの変化と内部エネルギーの変化は、系で起こっている化学反応の種類と性質を決定する上で非常に重要です。

したがって、エンタルピーと内部エネルギーの違いを明確に理解することが重要です。