Термохимия - Thermochemistry
Термохимия - это изучение тепловой энергии, связанной с химическими реакциями и / или физическими превращениями. Реакция может высвобождать или поглощать энергию, и фазовый переход может делать то же самое, например, при плавлении и кипении . Термохимия фокусируется на этих энергетических изменений, в частности , на системе «s обмена энергией с ее окружением . Термохимия полезна для прогнозирования количества реагентов и продуктов в ходе данной реакции. В сочетании с определениями энтропии он также используется для прогнозирования того, является ли реакция спонтанной или несамопроизвольной, благоприятной или неблагоприятной.
Эндотермические реакции поглощают тепло, а экзотермические реакции выделяют тепло. Термохимия объединяет концепции термодинамики с концепцией энергии в форме химических связей. Предмет обычно включает в себя расчеты таких величин, как теплоемкость , теплота сгорания , теплота образования , энтальпия , энтропия , свободная энергия и калории .
История
Термохимия опирается на два обобщения. Выражаясь современным языком, они заключаются в следующем:
- Закон Лавуазье и Лапласа (1780 г.): изменение энергии, сопровождающее любое преобразование, равно и противоположно изменению энергии, сопровождающему обратный процесс.
- Закон Гесса (1840 г.): изменение энергии, сопровождающее любое преобразование, одинаково независимо от того, происходит ли процесс за один шаг или за несколько.
Эти утверждения предшествовали первому закону термодинамики (1845 г.) и помогли в его формулировке.
Лавуазье, Лаплас и Гесс также исследовали удельную теплоемкость и скрытую теплоту , хотя именно Джозеф Блэк внес наиболее важный вклад в развитие скрытых изменений энергии.
Густав Кирхгоф показал в 1858 году, что изменение теплоты реакции определяется разницей теплоемкости между продуктами и реагентами: dΔH / dT = ΔC p . Интегрирование этого уравнения позволяет оценить теплоту реакции при одной температуре на основе измерений при другой температуре.
Калориметрия
Измерение тепловых изменений выполняется с помощью калориметрии , обычно в закрытой камере, внутри которой происходит изменение, которое необходимо исследовать. Температура камеры контролируется либо с помощью термометра, либо термопары , и температура строится в зависимости от времени, чтобы получить график, по которому можно вычислить основные величины. Современные калориметры часто снабжены автоматическими устройствами для быстрого считывания информации, одним из примеров которых является дифференциальный сканирующий калориметр .
Системы
Некоторые термодинамические определения очень полезны в термохимии. Система - это особая часть вселенной, которая изучается. Все, что находится вне системы, считается окружением или средой. Система может быть:
- (полностью) изолированная система, которая не может обмениваться ни энергией, ни материей с окружающей средой, например калориметр с изолированной бомбой
- термически изолированные системы , которые могут обмениваться механической работой , но не теплы и независимо от того, например, изолированного закрытого поршня или воздушным шара
- механически изолирован система , которая может обмениваться теплом , но не механическую работу или вещества, такие как ООН изолированный калориметрической бомбе
- закрытая система , которая может обмениваться энергией , но не имеет значения, такие как ип изолированный замкнутый поршень или шар
- открытая система , которая может обмениваться как материи и энергии с окружающей средой, например, горшок с кипящей водой
Процессы
Система подвергается процессу, когда изменяется одно или несколько ее свойств. Процесс связан с изменением состояния. Изотермический (такая же температура) процесс происходит , когда температура системы остается постоянной. Изобарно процесс (тот же давление) возникает , когда давление системы остается постоянным. Процесс является адиабатическим, когда теплообмен не происходит.
Смотрите также
- Дифференциальная сканирующая калориметрия
- Важные публикации по термохимии
- Изодесмическая реакция
- Принцип максимальной работы
- Реакционный калориметр
- Принцип Томсена-Бертело
- Юлиус Томсен
- Термодинамические базы данных чистых веществ
- Калориметрия
- Фотоэлектронная спектроскопия фотоионных совпадений
- Термодинамика
- Криохимия
- Химическая кинетика
использованная литература
- ^ Перро, Пьер (1998). От А до Я термодинамики . Издательство Оксфордского университета. ISBN 0-19-856552-6.
- ^ См. Страницу 290 Очерков теоретической химии Фредерика Хаттона Гетмана (1918)
- ^ Laidler KJ и Meiser JH, "Физическая химия" (Benjamin / Cummings 1982), с.62
- ↑ Аткинс П. и де Паула Дж., "Физическая химия Аткинса" (8-е изд., WH Freeman 2006), стр. 56
внешние ссылки
- Уокер, Джеймс (1911). . Британская энциклопедия . 26 (11-е изд.). С. 804–808.