Primeira Lei da Termodinâmica

Conservação da Energia

A energia pode ser convertida de uma forma para outra, mas toda a energia presente antes que uma mudança ocorra existe sempre em alguma forma depois de a mudança estar completa. Esta observação é expressa na lei da conservação da energia: durante uma mudança química ou física, a energia não pode ser criada nem destruída, embora possa ser alterada de forma.

De acordo com a lei da conservação da matéria, não há qualquer alteração detectável na quantidade total de matéria durante uma alteração química. Quando ocorrem reações químicas, as mudanças de energia são relativamente modestas, e as mudanças de massa são muito pequenas para medir. Assim, as leis de conservação da matéria e energia mantêm-se bem. No entanto, nas reações nucleares, as mudanças energéticas são muito maiores (por factores de um milhão ou mais), as mudanças de massa são mensuráveis, e as conversões matéria-energia são significativas. 

Transferência de Energia e Energia Interna

As substâncias agem como reservatórios de energia, o que significa que a energia pode ser adicionada ou removida delas. A energia é armazenada em uma substância quando a energia cinética dos seus átomos ou moléculas é elevada. A maior energia cinética pode existir na forma de traduções aumentadas (movimentos de deslocamento ou linha reta), vibrações, ou rotações dos átomos ou moléculas. Quando a energia térmica é perdida, as intensidades desses movimentos diminuem e a energia cinética diminui. 

O total de todos os tipos possíveis de energia presentes em uma substância é chamado de energia interna (U), por vezes simbolizada como E .

À medida que um sistema sofre uma alteração, a sua energia interna pode mudar, e a energia pode ser transferida do sistema para as imediações, ou das imediações para o sistema. Assim, as imediações também experienciam uma mudança igual e oposta na sua energia.

A energia interna é um exemplo de uma função de estado (ou variável de estado), enquanto que o calor e o trabalho não são funções de estado. O valor de uma função de estado depende apenas do estado em que um sistema está, e não de como esse estado é atingido. Se uma quantidade não for uma função de estado, o seu valor depende da forma como o estado é atingido. Um exemplo de uma função de estado é altitude ou elevação. Estando no cume do Monte Kilimanjaro a uma altitude de 5895 m, não importa como se chegou lá, se foi a caminhar ou de pára-quedas. A distância percorrida até o topo do Kilimanjaro, no entanto, não é uma função de estado. Pode-se subir até o cume por uma rota direta ou por um caminho mais rotatório e tumultuoso. Assim, as distâncias percorridas difeririam (distância não é uma função de estado); no entanto, a elevação alcançada seria a mesma (altitude é uma função de estado).

Este texto é adaptado de OpenStax Chemistry 2e, Section 5.1: Energy Basics e OpenStax Chemistry 2e, Section 5.3: Enthalpy.