Повна енергія системи складається з трьох видів енергії: кінетичної енергії руху системи як цілого об'єкта, потенційної енергії, обумовленої становищем системи в будь-якому зовнішньому полі, і внутрішньої енергії. Зазвичай хімічні реакції протікають в стаціонарних установках при відсутності електричних і магнітних полів, а вплив гравітаційного поля Землі на хімічні реакції є настільки малим, що не може бути експериментально встановлено. У цьому випадку зміни кінетичної і потенційної енергії можна не враховувати і вважати, що зміна повної енергії системи визначається лише зміною її внутрішньої енергії.
Внутрішня енергія U є сумою чотирьох доданків, кожне з яких характеризує певний вид руху в системі: кінетичну енергію руху (поступального, обертального, коливального) структурних частинок (ЄК), потенційну енергію міжмолекулярної взаємодії (Еп), хімічну енергію внутрімолекулярної хімічного зв'язку (Ех ), атомну енергію взаємодії нуклонів в ядрах (Е а):
Оскільки в хімічних реакціях ядерні перебудови не відбуваються, Еа системи постійна, а змінюються кінетична, потенційна і хімічна енергії. Тому при переході з початкового стану системи (1), від вихідних речовин (реагентів) в кінцеве (2), до продуктів реакції зміна внутрішньої енергії дорівнюватиме:
Абсолютні значення U1 і U2 невідомі, тому можна судити тільки про сумарному зміні внутрішньої енергії системи # 8710; U, по обміну внутрішньої енергії системи з зовнішнім середовищем і таким формам обміну енергією, як теплота і робота.
Теплота - результат зміни внутрішньої енергії, що характеризує передачу хаотичного поступального, коливального та обертального руху від структурних частинок системи до частинкам зовнішнього середовища (або навпаки) шляхом теплопровідності, випромінювання або конвекції. Таку передачу енергії називають теплопередачей. Кількісно зміна внутрішньої енергії в процесі теплопередачі оцінюють кількістю переданої теплоти q.
Теплопередача можлива тільки при наявності різниці температур системи і зовнішнього середовища. Для екзотермічних реакцій, що йдуть з виділенням теплоти, коли температура системи більше,
ніж зовнішнього середовища, система втрачає енергію і q <0. Для эндотермических реакций, идущих с поглощением теплоты извне, от внешней среды, значение теплоты положительное и q> 0. Якщо зовнішнє середовище являє собою вакуум, то теплообмін не відбувається і q = 0, внутрішня енергія системи залишається без зміни, т. Е. # 8710; U = 0. У разі рівного розподілу температур системи і зовнішнього середовища # 8710; T = 0 і q = 0. Однак це не говорить про відсутність теплопередачі, вона буде відбуватися, але так, що кількість поглиненої теплоти в одиницю часу дорівнює кількості виділеної. У цьому випадку говорять про стан теплового рівноваги між системою і зовнішнім середовищем.
З поняттям «теплота» тісно пов'язане інше поняття «температура». Температура є термодинамічний параметр, що характеризує енергетичний стан частинок, речовини або системи. На відміну від обсягу, екстенсивного властивості системи, температура відноситься до інтенсивних властивостями, вона не дотримується закону адитивності. Не можна, слив в один стакан кілька пробірок води з однаковою температурою, отримати воду з більш високою температурою. Число, яким характеризують температуру, треба розглядати як єдине ціле: 100 0 С не є сумою ста одиничних градусів Цельсія.
Робота - результат зміни внутрішньої енергії, що характеризує передачу упорядкованого поступального руху від організованого потоку частинок системи до частинкам зовнішнього середовища (або навпаки) зі створенням в ній такого ж організованого, поступально рухається потоку частинок. Кількість досконалої в цьому процесі роботи A визначає зміна внутрішньої енергії. У хімічних реакціях зазвичай змінюється обсяг газоподібних реагентів і продуктів реакції і відбувається робота розширення або стиснення системи.
Робота розширення або стиснення при постійному зовнішньому тиску навколишнього середовища (р = const) дорівнює
де Ам - механічна робота; V1 і V2 - обсяги системи відповідно після закінчення і до початку хімічної реакції.
Якщо V2> V1. система розширюється, робота буде позитивною (AМ> 0) і тим більше, чим вище зовнішнє постійний тиск р. Якщо система розширюється в вакуум, робота відсутня, р = 0 і Ам = p # 8710; V = 0.
якщо V2 В цілому якщо система одночасно бере участь у двох процесах - теплопередачі і роботі - для розрахунку зміни внутрішньої енергії # 8710; U, необхідно виміряти значення обох величин: q і A. Про теплоті і роботу можна говорити тільки в момент передачі руху від системи або до системи, але не в зв'язку з її станом. Теплота, як і робота, не є властивостями системи, їх значення залежить від шляху переходу системи з початкового стану в кінцеве. Усередині системи немає ні «теплоти», ні «роботи». Існує три типи систем за характером їх обміну рухом із зовнішнім середовищем: ізольовані, закриті (або замкнуті) і відкриті. Ізольованою системою називають систему, маса і енергія якої незмінні. Це означає, що передача речовини і руху через оболонку .Такий системи виключена. Практично абсолютно ізольованих систем не існує. У першому прибл-жении до таких систем можна віднести запаяну ампулу з хо-рошей теплоізоляцією. Закритою називають систему, маса якої постійна, а енергія може змінюватися. Така система не перешкоджає процесам теплопередачі і роботи, але через її оболонку не відбувається перенесення речовини. Різновидом закритої системи, є адіабатична система, у якій через гнучку оболонку теплопередачі не відбувається, але зміна внутрішньої енергії системи можливо за рахунок здійснення роботи. Відкриті системи здатні змінювати як свою масу, так і енергію.Схожі статті