X H (Å) Độ dài liên kết cộng
3.2.1.4. Nhiệt và công: hai dạng truyền năng lượng
Năng lượng thường được định nghĩa là khả năng thực hiện công hay
truyền nhiệt. Năng lượng truyền từ hệ ra mơi trường hay từ mơi trường vào hệ có thể thể hiện dưới 2 dạng: nhiệt (Q) và công (A).
Năng lượng được truyền dưới dạng nhiệt (Q) khi hệ và mơi trường có
nhiệt độ khác nhau, ví dụ nhiệt được truyền từ vật nóng sang vật lạnh.
Năng lượng được truyền dưới dạng công (A) khi làm chuyển dịch một
vật qua một quãng đường d chống lại một lực f nào đó (A = f . d), ví dụ nâng
N ă n g l ượ n g U N ă n g l ượ n g U
Chương 3 – Năng lượng hóa học
______________________________________________________________ một vật nào đó từ mặt đất lên cao, sự giãn nở của khí chống áp suất bên ngồi ...
Vì năng lượng được truyền dưới dạng nhiệt hoặc cơng (hoặc cả nhiệt và công) nên sự biến đổi nội năng của hệ là:
∆U = Q + A
•••• Sự truyền năng lượng dưới dạng nhiệt:
Nếu hệ chỉ truyền nhiệt mà không thực hiện cơng thì A = 0, khi đó
∆U = Q.
- Nếu nhiệt được truyền từ hệ ra môi trường, tức là hệ mất nhiệt thì Q < 0
do đó ∆U < 0, nội năng của hệ giảm.
Chẳng hạn nước nóng là một hệ, cốc đựng nước và tất cả phần còn lại của phịng thí nghiệm là mơi trường. Hệ truyền năng lượng dưới dạng nhiệt ra môi trường cho tới khi cân bằng nhiệt độ.
- Nếu hệ nhận nhiệt từ môi trường, tức là năng lượng được truyền vào hệ,
Q > 0 do đó ∆U > 0, nội năng của hệ tăng.
Ví dụ hệ là nước đá, nó nhận nhiệt từ môi trường cho đến khi cân bằng nhiệt độ.
•••• Sự truyền năng lượng dưới dạng cơng:
Nếu hệ chỉ truyền năng lượng dưới dạng cơng thì Q = 0 → ∆U = A.
- Hệ thực hiện công
Ví dụ phản ứng giữa kẽm và axit clohidric trong một bình kín gắn với
một thiết bị xilanh-pittông. Ở trạng thái đầu, nội năng của hệ là nội năng của
các nguyên tử kẽm và dung dịch các ion H+ và Cl-. Ở trạng thái cuối, nội năng
của hệ là của khí H2 và dung dịch các ion Zn2+ và Cl-.
Zn(r) + 2H+(aq) + 2Cl-(aq) → H2 (k) + Zn2+(aq) + 2Cl-(aq)
Khi khí H2 được tạo ra, một phần nội năng của hệ được dùng để thực
hiện công lên môi trường xung quanh (đẩy pittơng ra ngồi). Hệ mất năng
lượng dưới dạng công nên A < 0 và ∆U < 0, nội năng của hệ giảm.
Khí H2 thực hiện cơng áp suất - thể tích (cơng PV), một loại cơng trong
đó có sự thay đổi thể tích để chống áp suất bên ngồi.
- Hệ nhận năng lượng từ mơi trường dưới dạng công
Nếu tăng áp suất bên ngồi lên pittơng thì mơi trường thực hiện cơng lên hệ.
Hệ nhận cơng A > 0, do đó ∆U > 0, nội năng của hệ tăng.
Tóm tắt: Quy ước về dấu đối với Q và A.
Q < 0 : hệ mất nhiệt từ môi trường xung quanh.
A < 0 : hệ mất năng lượng khi thực hiện công lên môi trường. A > 0 : hệ nhận năng lượng khi môi trường thực hiện công lên hệ.