Termochemija
Termochemija - tai mokslas apie energiją ir šilumą, susijusią su cheminėmis reakcijomis ir fizikiniais virsmai (fizikiniais pokyčiais). Fizikiniai virsmai vyksta tada, kai medžiagos būsena (pvz., kieta arba skysta) pasikeičia į kitą būseną. Fizikinių virsmų pavyzdžiai: lydymasis (kai kieta medžiaga virsta skysčiu) ir virimas (kai skystis virsta dujomis).
Reakcija atiduoda arba priima energiją. Fizikinis virsmas taip pat atiduoda arba atima energiją. Termochemija nagrinėja šiuos energijos pokyčius, ypač sistemos energijos mainus su aplinka. Termochemija naudinga prognozuojant reaguojančių medžiagų ir produktų kiekius bet kuriuo konkrečios reakcijos metu. Termochemikai tai daro naudodamiesi duomenimis, įskaitant entropijos nustatymus. Termochemikai pasakys, ar reakcija yra savaiminė ar nesavaiminė, palanki ar nepalanki.
Vykstant endoterminėms reakcijoms, išsiskiria šiluma. Egzoterminės reakcijos atiduoda šilumą. Termochemijoje termodinamikos sąvokos derinamos su cheminių ryšių pavidalo energijos idėja. Ji apima tokių dydžių kaip šiluminė talpa, degimo šiluma, susidarymo šiluma, entalpija, entropija, laisvoji energija ir kalorijos skaičiavimus.
Pirmasis pasaulyje ledo kalorimetras, kurį 1782-1983 m. žiemą naudojo Antuanas Lavuazjė ir Pjeras Simonas Laplasas. Jis buvo naudojamas siekiant nustatyti šilumą, išsiskiriančią vykstant įvairiems cheminiams pokyčiams. Šie skaičiavimai buvo grindžiami ankstesniu Josepho Blacko latentinės šilumos atradimu. Šiais eksperimentais pradėta termochemija.
Istorija
Termochemija prasidėjo nuo dviejų idėjų:
- Lavoazjė ir Laplaso dėsnis (1780 m.): Lavaiso ir Laaulezio teiginiai: bet kokio virsmo energijos pokytis yra lygus ir priešingas energijos pokyčiui atvirkštinio proceso metu.
- Hesso įstatymas (1840 m.): Hessas: "Energijos pokytis bet kokio virsmo metu yra toks pat, nesvarbu, ar jis vyksta vienu, ar keliais etapais.
Šie atradimai buvo padaryti anksčiau nei pirmasis termodinamikos dėsnis (1845 m.). Jie padėjo mokslininkams suprasti šį dėsnį.
Edvardas Diazas ir Hessas tyrė savitąją šilumą ir slaptąją šilumą. Josephas Blackas sukūrė latentinės energijos pokyčių koncepciją.
1858 m. Gustavas Kirchhoffas parodė, kad reakcijos šilumos pokytį nusako produktų ir reaguojančių medžiagų šiluminės talpos skirtumas: ∂ Δ H ∂ T = Δ C p {\displaystyle {{\partial \Delta H} \per \dalinis T}=\Delta C_{p}} 
. Integruojant šią lygtį galima įvertinti reakcijos šilumą vienoje temperatūroje pagal kitos temperatūros matavimus.
Kalorimetrija
Šilumos pokyčių matavimas vadinamas kalorimetrija. Juo matuojama cheminių reakcijų arba fizikinių pokyčių šiluma. Kalorimetras, kalorimetrijos prietaisas, paprastai yra uždara kamera.
Kalorimetrija atliekama šiais etapais: Chemikai pasirūpina, kad pokytis įvyktų kameroje. Temperatūra kameroje matuojama termometru arba termopora. Temperatūra nustatoma priklausomai nuo laiko ir gaunamas grafikas. Chemikai naudoja grafiką pagrindiniams dydžiams apskaičiuoti.
Šiuolaikiniai kalorimetrai turi mažus kompiuterius, kurie matuoja temperatūrą ir greitai pateikia apskaičiuotus duomenis. Vienas iš pavyzdžių - diferencinio skenavimo kalorimetras (DSC).
Sistemos
Termochemijoje labai naudingi keli termodinaminiai apibrėžimai. "Sistema" - tai konkreti visatos dalis, kuri yra tiriama. Visa, kas yra už sistemos ribų, laikoma aplinka arba aplinka. Sistema gali būti:
- izoliuota sistema - kai ji negali keistis energija ar medžiaga su aplinka, pavyzdžiui, izoliuotas bombos kalorimetras;
- uždara sistema - kai su aplinka galima keistis energija, bet ne materija, pavyzdžiui, garo radiatorius;
- atvira sistema - kai ji gali keistis medžiaga ir energija su aplinka, pavyzdžiui, puodu su verdančiu vandeniu.
Procesai
Sistema patiria "procesą", kai pasikeičia viena ar daugiau jos savybių (charakteristikų). Procesas susijęs (susijęs) su būsenos pokyčiu. Izoterminis (tos pačios temperatūros) procesas vyksta, kai sistemos temperatūra išlieka ta pati. Izobarinis (to paties slėgio) procesas vyksta, kai sistemos slėgis išlieka toks pat. Adiabatinis (be šilumos mainų) procesas vyksta tada, kai šiluma nejuda.
Susiję puslapiai
- Svarbios termochemijos publikacijos
- Izodezinė reakcija
- Maksimalaus darbo principas
- Reakcijos kalorimetras
- Thomsen-Berthelot principas
- Julius Thomsen
- Grynųjų medžiagų termodinaminės duomenų bazės
- Kalorimetrija
- Šilumos fizika
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra termochemija?
A: Termochemija - tai mokslas apie energiją ir šilumą, susijusią su cheminėmis reakcijomis ir fizikiniais virsmai.
K: Kokie yra fizikinių virsmų pavyzdžiai?
Atsakymas: Fizikinių virsmų pavyzdžiai yra lydymasis (kai kieta medžiaga virsta skysčiu) ir virimas (kai skystis virsta skysčiu).
K: Kaip termochemija padeda numatyti reagentų ir produktų kiekius?
A: Termochemikai naudoja duomenis, įskaitant entropijos nustatymus, kad numatytų reagentų ir produktų kiekius bet kuriuo konkrečios reakcijos metu.
K: Ar endoterminės reakcijos yra palankios, ar nepalankios?
A: Endoterminės reakcijos yra nepalankios.
K: Ar egzoterminės reakcijos yra palankios, ar nepalankios?
A: Egzoterminės reakcijos yra palankios.
K: Kokias sąvokas jungia termochemija?
A: Termochemija sujungia termodinamikos sąvokas su cheminių ryšių energijos idėja.
K: Kokius skaičiavimus atlieka termochemikai?
A: Termochemikai atlieka tokius skaičiavimus kaip šiluminė talpa, degimo šiluma, susidarymo šiluma, entalpija, entropija, laisvoji energija ir kalorijos.
