Termochemia: Jakie badania, prawa i zastosowania
Termochemia jest odpowiedzialna za badanie modyfikacji kalorycznych przeprowadzanych w reakcjach między dwoma lub więcej gatunkami. Uważany jest za istotną część termodynamiki, która bada przemianę ciepła i inne rodzaje energii, aby zrozumieć kierunek, w którym rozwijają się procesy i jak zmienia się ich energia.
Istotne jest również zrozumienie, że ciepło obejmuje transfer energii cieplnej, która zachodzi między dwoma ciałami, gdy są w różnych temperaturach; podczas gdy energia cieplna jest tą, która jest związana z ruchem losowym, który posiadają atomy i cząsteczki.
Dlatego też, podobnie jak w prawie wszystkich reakcjach chemicznych, energia jest absorbowana lub uwalniana za pomocą ciepła, analiza zjawisk zachodzących przez termochemię jest bardzo ważna.
Co studiuje termochemia?
Jak już wcześniej wspomniano, termochemia bada zmiany energii w postaci ciepła, które zachodzi w reakcjach chemicznych lub gdy zachodzą procesy, w których zachodzą przemiany fizyczne.
W tym sensie konieczne jest wyjaśnienie pewnych pojęć w temacie, aby lepiej je zrozumieć.
Na przykład, termin „system” odnosi się do konkretnego segmentu wszechświata, który jest badany, co oznacza „wszechświat”, czyli rozważanie systemu i jego otoczenia (wszystko na zewnątrz).
Tak więc system zazwyczaj składa się z gatunków zaangażowanych w przemiany chemiczne lub fizyczne zachodzące w reakcjach. Systemy te można podzielić na trzy typy: otwarte, zamknięte i izolowane.
- System otwarty to taki, który umożliwia transfer materii i energii (ciepła) z otoczeniem.
- W systemie zamkniętym następuje wymiana energii, ale nie materii.
- W izolowanym systemie nie ma transferu materii lub energii w postaci ciepła. Systemy te są również znane jako „adiabatycy”.
Prawa
Prawa termochemii są ściśle powiązane z prawem Laplace'a i Lavoisiera, a także z prawem Hessa, które są prekursorami pierwszej zasady termodynamiki.
Zasada wytłumaczona przez francuskiego Antoine Lavoisiera (ważnego chemika i szlachcica) oraz Pierre-Simona Laplace'a (słynnego matematyka, fizyka i astronoma) zauważa, że „zmiana energii przejawiająca się w każdej przemianie fizycznej lub chemicznej ma równą wielkość i znaczenie w przeciwieństwie do zmiany energii reakcji odwrotnej ”.
Prawo Hessa
W tej samej kolejności pomysłów prawo sformułowane przez rosyjskiego chemika pochodzącego ze Szwajcarii, Germaina Hessa, jest kamieniem węgielnym dla wyjaśnienia termochemii.
Zasada ta opiera się na interpretacji prawa zachowania energii, które odnosi się do faktu, że energii nie można tworzyć ani niszczyć, a jedynie przekształcać.
Prawo Hessa można uchwalić w ten sposób: „Całkowita entalpia w reakcji chemicznej jest taka sama, niezależnie od tego, czy reakcja jest przeprowadzana w jednym kroku, czy w sekwencji kilku kroków”.
Całkowita entalpia jest podawana jako odejmowanie między sumą entalpii produktów minus suma entalpii reagentów.
W przypadku zmiany standardowej entalpii układu (w standardowych warunkach 25 ° C i 1 atm), można go schematować zgodnie z następującą reakcją:
Reakcja ΔH = ΣΔH (produkty) - ΣΔH (reagenty)
Innym sposobem wyjaśnienia tej zasady, wiedząc, że zmiana entalpii odnosi się do zmiany ciepła w reakcjach, gdy są one podawane przy stałym ciśnieniu, mówi, że zmiana entalpii netto układu nie zależy od podanej ścieżki między stanem początkowym a końcowym.
Pierwsza zasada termodynamiki
Prawo to jest tak nierozerwalnie związane z termochemią, że czasami jest mylone, co inspirowało drugą; Aby więc rzucić światło na to prawo, musimy zacząć od stwierdzenia, że ma ono również swoje korzenie w zasadzie zachowania energii.
Tak więc termodynamika bierze pod uwagę ciepło nie tylko jako formę transferu energii (jak termochemia), ale obejmuje również inne formy energii, takie jak energia wewnętrzna ( U ).
Tak więc zmienność energii wewnętrznej układu (ΔU) wynika z różnicy między jej stanami początkowymi i końcowymi (jak widać w prawie Hessa).
Biorąc pod uwagę, że energia wewnętrzna składa się z energii kinetycznej (ruchu cząstek) i energii potencjalnej (oddziaływań między cząstkami) tego samego systemu, można wywnioskować, że istnieją inne czynniki, które przyczyniają się do badania stanu i właściwości każdego system
Aplikacje
Termochemia ma wiele zastosowań, niektóre z nich zostaną wymienione poniżej:
- Określenie zmian energii w niektórych reakcjach za pomocą kalorymetrii (pomiar zmian ciepła w niektórych izolowanych układach).
- Odliczenie zmian entalpii w systemie, nawet jeśli nie można ich poznać przez bezpośredni pomiar.
- Analiza transferów ciepła wytworzonych eksperymentalnie, gdy związki metaloorganiczne powstają z metalami przejściowymi.
- Badanie przemian energetycznych (w postaci ciepła) podanych w związkach koordynacyjnych poliamin z metalami.
- Określenie entalpii wiązania metal-tlen β-diketonów i β-diketonianów związanych z metalami.
Podobnie jak w poprzednich zastosowaniach, termochemia może być wykorzystana do określenia dużej liczby parametrów związanych z innymi rodzajami energii lub funkcjami stanu, które określają stan systemu w danym czasie.
Termochemia jest również wykorzystywana w badaniach licznych właściwości związków, takich jak kalorymetria miareczkowa.
