6.2 : Termodinamiğin Birinci Yasası

Enerji Korunumu

Enerji, bir formdan diğerine dönüştürülebilir, ancak bir değişiklik gerçekleşmeden önce mevcut olan tüm enerji, değişim tamamlandıktan sonra her zaman bir şekilde var olur. Bu gözlem, enerjinin korunumu yasası ile ifade edilir: kimyasal veya fiziksel bir değişim sırasında, enerji, biçim olarak değiştirilebilmesine rağmen, ne yaratılabilir ne de yok edilebilir.

Maddenin korunumu yasasına göre, kimyasal bir değişim sırasında toplam madde miktarında tespit edilebilir bir değişiklik yoktur. Kimyasal reaksiyonlar meydana geldiğinde, enerji değişiklikleri nispeten çok azdır ve kütle değişiklikleri ölçülemeyecek kadar küçüktür. Bu nedenle, maddenin ve enerjinin korunumu yasaları geçerlidir. Bununla birlikte, nükleer reaksiyonlarda, enerji değişiklikleri çok daha büyüktür (bir milyon veya daha fazla kat), kütle değişiklikleri ölçülebilir ve madde-enerji dönüşümleri önemli seviyelerdedir. 

Enerji Transferi ve İç Enerji

Maddeler, enerji rezervuarı görevi görür, yani bunlara enerji eklenebilir veya onlardan çıkarılabilir. Enerji, atomlarının veya moleküllerinin kinetik enerjisi yükseldiğinde bir maddede depolanır. Daha büyük kinetik enerji, atomların veya moleküllerin artan hareketleri (ilerleme veya düz çizgi hareketleri), titreşimleri veya rotasyon şeklinde olabilir. Termal enerji kaybolduğunda, bu hareketlerin yoğunluğu azalır ve kinetik enerji düşer. 

Bir maddede bulunan tüm olası enerji türlerinin toplamına, bazen E olarak sembolize edilen iç enerji (U) denir.

Bir sistem değiştikçe iç enerjisi değişebilir ve enerji sistemden çevreye veya çevreden sisteme aktarılabilir. Böylece çevredeki enerji de eşit ve zıt bir değişim yaşar.

İç enerji, bir durum fonksiyonunun (veya durum değişkeninin) bir örneğidir, oysa ısı ve iş, durum fonksiyonları değildir. Bir durum fonksiyonunun değeri, o duruma nasıl ulaşıldığına değil, yalnızca bir sistemin içinde bulunduğu duruma bağlıdır. Bir miktar bir durum fonksiyonu değilse, değeri duruma nasıl ulaşıldığına bağlıdır. Durum fonksiyonuna bir örnek, yükseklik veya rakımdır. 5895 m yükseklikte, Kilimanjaro Dağı'nın zirvesinde dururken, birinin oraya yürüyerek gelmesi ya da paraşütle atlamış olması, önemli değildir. Öte yandan Kilimanjaro'nun tepesine kadar gidilen mesafe, bir durum fonksiyonu değildir. Zirveye doğrudan bir yoldan veya daha dolambaçlı bir yoldan tırmanılabilir. Bu nedenle, katedilen mesafeler farklı olacaktır (mesafe bir durum fonksiyonu değildir); ancak ulaşılan yükseklik aynı olacaktır (yükseklik bir durum fonksiyonudur).

Bu metin bu kaynaklardan uyarlanmıştır: OpenStax Chemistry 2e, Section 5.1: Energy Basics ve OpenStax Chemistry 2e, Section 5.3: Enthalpy.