Термохимия
Термохимия — это изучение тепловой энергии, которая связана с химическими реакциями и/или фазовыми изменениями, такими как плавление и кипение . Реакция может выделять или поглощать энергию, и фазовый переход может делать то же самое. Термохимия фокусируется на обмене энергией между системой и ее окружением в виде тепла. Термохимия полезна для прогнозирования количества реагентов и продуктов на протяжении всей реакции. В сочетании с определением энтропии он также используется для прогнозирования того, является ли реакция спонтанной или неспонтанной, благоприятной или неблагоприятной.
Эндотермические реакции поглощают тепло, а экзотермические реакции выделяют тепло. Термохимия объединяет понятия термодинамики с понятием энергии в форме химических связей. Предмет обычно включает расчеты таких величин, как теплоемкость , теплота сгорания , теплота образования , энтальпия , энтропия и свободная энергия .
Термохимия — это часть более широкой области химической термодинамики , которая занимается обменом всеми формами энергии между системой и окружающей средой, включая не только тепло, но и различные формы работы , а также обмен веществом. При рассмотрении всех форм энергии понятия экзотермических и эндотермических реакций обобщаются на экзергонические реакции и эндергонические реакции .
История [ править ]
Термохимия опирается на два обобщения. Говоря современным языком, они таковы: [1]
- Закон Лавуазье и Лапласа (1780 г.): изменение энергии, сопровождающее любое преобразование, равно и противоположно изменению энергии, сопровождающему обратный процесс. [2]
- Закон постоянного суммирования тепла Гесса (1840 г.): изменение энергии, сопровождающее любое преобразование, одинаково, независимо от того, происходит ли процесс в один этап или в несколько этапов. [3]
Эти утверждения предшествовали первому закону термодинамики (1845 г.) и помогли в его формулировке.
Термохимия также предполагает измерение скрытой теплоты фазовых переходов . Джозеф Блэк уже представил концепцию скрытого тепла в 1761 году, основываясь на наблюдении, что нагревание льда при температуре его плавления не повышает температуру, а вместо этого вызывает таяние некоторого количества льда. [4]
Густав Кирхгоф показал в 1858 году, что изменение теплоты реакции определяется разницей теплоемкостей продуктов и реагентов: dΔH/dT = ΔC p . Интегрирование этого уравнения позволяет оценить теплоту реакции при одной температуре на основе измерений при другой температуре. [5] [6]
Калориметрия [ править ]
Измерение тепловых изменений выполняется с помощью калориметрии , обычно в закрытой камере, внутри которой происходит исследуемое изменение. Температура камеры контролируется либо с помощью термометра , либо термопары , а температура отображается в зависимости от времени, чтобы получить график, по которому можно рассчитать фундаментальные величины. Современные калориметры часто снабжаются автоматическими устройствами для быстрого считывания информации, одним из примеров является дифференциальный сканирующий калориметр .
Системы [ править ]
Некоторые термодинамические определения очень полезны в термохимии. Система — это определенная часть Вселенной, которая изучается. Все, что находится за пределами системы, считается окружением или окружающей средой. Система может быть:
- (полностью) изолированная система , которая не может обмениваться ни энергией, ни веществом с окружающей средой, например изолированная бомба-калориметр
- , термически изолированная система которая может обмениваться механической работой, но не теплом или веществом, например изолированный закрытый поршень или баллон.
- , механически изолированная система но не механической работой или веществом, например неизолированный которая может обмениваться теплом , бомбовый калориметр
- закрытая система , которая может обмениваться энергией, но не материей, например неизолированный закрытый поршень или воздушный шар.
- открытая система , которая может обмениваться веществом и энергией с окружающей средой, например кастрюля с кипящей водой
Процессы [ править ]
Система подвергается процессу, когда одно или несколько ее свойств изменяются. Процесс связан с изменением состояния. Изотермический . (однотемпературный) процесс происходит, когда температура системы остается постоянной Изобарический процесс ( при одинаковом давлении) происходит, когда давление в системе остается постоянным. Процесс является адиабатическим , если не происходит теплообмен.
См. также [ править ]
- Калориметрия
- Химическая кинетика
- Криохимия
- Дифференциальная сканирующая калориметрия
- Изодесмическая реакция
- Важные публикации по термохимии.
- Фотоэлектронная спектроскопия фотоионных совпадений
- Принцип максимальной работы
- Реакционный калориметр
- Термодинамические базы данных чистых веществ
- Термодинамика
- Принцип Томсена-Бертло
- Юлиус Томсен
Ссылки [ править ]
- ^ Перро, Пьер (1998). Термодинамика от А до Я. Издательство Оксфордского университета. ISBN 0-19-856552-6 .
- ^ См. стр. 290 книги «Очерки теоретической химии» (1918). Фредерика Хаттона Гетмана
- ^ Петруччи, Ральф Х.; Харвуд, Уильям С.; Херринг, Ф. Джеффри (2002). Общая химия (8-е изд.). Прентис Холл. стр. 241–3. ISBN 0-13-014329-4 .
- ^ Чисхолм, Хью , изд. (1911). . Британская энциклопедия . Том. 4 (11-е изд.). Издательство Кембриджского университета.
- ^ Лейдлер К.Дж. и Мейзер Дж.Х., «Физическая химия» (Бенджамин/Каммингс 1982), стр.62.
- ^ Аткинс П. и де Паула Дж., «Физическая химия Аткинса» (8-е изд., WH Freeman 2006), стр.56
Внешние ссылки [ править ]
- Уокер, Джеймс (1911). . Британская энциклопедия . Том. 26 (11-е изд.). стр. 804–808.
Отрасли химии | |
|---|---|
| Аналитический | |
| Теоретический | |
| Физический | |
| Неорганический | |
| Органический | |
| Биологический | |
| Междисциплинарность | |
| См. также | |
