เทอร์โมเคมี: อะไรการศึกษากฎหมายและการประยุกต์

เทอร์โมเคมี เป็นผู้รับผิดชอบในการศึกษาของการปรับเปลี่ยนความร้อนที่เกิดขึ้นในปฏิกิริยาระหว่างสองสายพันธุ์หรือมากกว่า มันถือเป็นส่วนสำคัญของอุณหพลศาสตร์ซึ่งศึกษาการเปลี่ยนแปลงของความร้อนและพลังงานประเภทอื่น ๆ เพื่อทำความเข้าใจทิศทางที่กระบวนการพัฒนาและพลังงานแตกต่างกันอย่างไร

นอกจากนี้ยังเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องเข้าใจว่าความร้อนเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนพลังงานความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างสองร่างเมื่อพวกเขาอยู่ในอุณหภูมิที่แตกต่างกัน; ในขณะที่พลังงานความร้อนเป็นพลังงานที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่แบบสุ่มที่อะตอมและโมเลกุลครอบครอง

ดังนั้นในปฏิกิริยาทางเคมีเกือบทั้งหมดพลังงานถูกดูดซับหรือถูกปล่อยออกมาด้วยความร้อนการวิเคราะห์ปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นผ่านทางเคมีความร้อนจึงมีความสำคัญมาก

เทอร์โมเคมีศึกษาอะไร

ตามที่ระบุไว้ก่อนหน้านี้เทอร์โมเคมีศึกษาการเปลี่ยนแปลงของพลังงานในรูปแบบของความร้อนที่เกิดขึ้นในปฏิกิริยาเคมีหรือเมื่อกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพเกิดขึ้น

ในแง่นี้มีความจำเป็นต้องชี้แจงแนวคิดบางอย่างภายในหัวข้อเพื่อความเข้าใจที่ดีขึ้น

ตัวอย่างเช่นคำว่า "ระบบ" หมายถึงส่วนที่เฉพาะเจาะจงของเอกภพที่กำลังศึกษาความหมาย "เอกภพ" การพิจารณาระบบและสภาพแวดล้อม (ทุกอย่างภายนอก)

ดังนั้นระบบมักจะประกอบด้วยสปีชีส์ที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงทางเคมีหรือทางกายภาพที่เกิดขึ้นในปฏิกิริยา ระบบเหล่านี้สามารถแบ่งออกเป็นสามประเภท: เปิดปิดและแยก

- ระบบเปิดเป็นระบบที่ช่วยให้ถ่ายโอนสสารและพลังงาน (ความร้อน) กับสภาพแวดล้อม

- ในระบบปิดมีการแลกเปลี่ยนพลังงาน แต่ไม่สำคัญ

- ในระบบที่แยกได้จะไม่มีการถ่ายเทสสารหรือพลังงานในรูปของความร้อน ระบบเหล่านี้เรียกอีกอย่างว่า "อะเดียแบติก"

กฎหมาย

กฎของเทอร์โมเคมีมีการเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับกฎของลาปลาซและลาวิแยร์เช่นเดียวกับกฎของเฮสส์ซึ่งเป็นสารตั้งต้นของกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์

หลักการที่อธิบายโดย Antoine Lavoisier ชาวฝรั่งเศส (นักเคมีและขุนนางสำคัญ) และ Pierre-Simon Laplace (นักคณิตศาสตร์นักฟิสิกส์และนักดาราศาสตร์ชื่อดัง) กล่าวว่า "การเปลี่ยนแปลงของพลังงานที่ปรากฎในการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพหรือทางเคมีมีความสำคัญและความหมายเท่ากัน ตรงกันข้ามกับการเปลี่ยนแปลงในพลังงานของปฏิกิริยาย้อนกลับ "

กฎหมายของเฮสส์

ในลำดับความคิดเดียวกันกฎหมายที่คิดค้นโดยนักเคมีชาวรัสเซียที่เกิดขึ้นในสวิตเซอร์แลนด์ Germain Hess เป็นรากฐานที่สำคัญสำหรับการอธิบายเกี่ยวกับเทอร์โมเคมี

หลักการนี้ตั้งอยู่บนพื้นฐานของการตีความกฎหมายการอนุรักษ์พลังงานซึ่งหมายถึงความจริงที่ว่าพลังงานไม่สามารถสร้างหรือทำลายได้เท่านั้นที่เปลี่ยนแปลง

กฎของเฮสส์สามารถออกกฎหมายได้ด้วยวิธีนี้: "เอนทาลปีทั้งหมดในปฏิกิริยาเคมีเหมือนกันไม่ว่าจะเกิดปฏิกิริยาในขั้นตอนเดียวหรือในลำดับขั้นตอนหลายขั้น"

เอนทาลปีทั้งหมดจะได้รับเป็นการลบระหว่างผลรวมของเอนทาลปีของผลิตภัณฑ์ลบด้วยผลรวมของเอนทาลปีของสารตั้งต้น

ในกรณีที่มีการเปลี่ยนแปลงในเอนทาลปีมาตรฐานของระบบ (ภายใต้เงื่อนไขมาตรฐานที่ 25 ° C และ 1 atm) มันสามารถกำหนดค่าได้ตามปฏิกิริยาต่อไปนี้:

ΔH _{ปฏิกิริยา} = ΣΔH _{(ผลิตภัณฑ์)} - ΣΔH _{(สารตั้งต้น)}

อีกวิธีในการอธิบายหลักการนี้การรู้ว่าการเปลี่ยนเอนทัลปีหมายถึงการเปลี่ยนแปลงความร้อนในปฏิกิริยาเมื่อได้รับแรงดันคงที่กล่าวว่าการเปลี่ยนแปลงในเอนทาลปีสุทธิของระบบไม่ได้ขึ้นอยู่กับเส้นทางที่ตามมา ระหว่างสถานะเริ่มต้นและสถานะสุดท้าย

กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์

กฎข้อนี้มีความเชื่อมโยงอย่างมากกับเทอร์โมเคมีซึ่งบางครั้งก็สับสนซึ่งเป็นกฎที่เป็นแรงบันดาลใจให้อีกคนหนึ่ง; ดังนั้นเพื่อให้เข้าใจถึงกฎนี้เราจะต้องเริ่มต้นด้วยการบอกว่ามันมีรากฐานในหลักการอนุรักษ์พลังงานด้วย

ดังนั้นอุณหพลศาสตร์ไม่เพียง แต่คำนึงถึงความร้อนเป็นรูปแบบของการถ่ายโอนพลังงาน (เช่นเทอร์โมเคมี) แต่มันยังเกี่ยวข้องกับพลังงานรูปแบบอื่น ๆ เช่นพลังงานภายใน ( U )

ดังนั้นการแปรผันของพลังงานภายในของระบบ (ΔU) จึงเกิดขึ้นจากความแตกต่างระหว่างสถานะเริ่มต้นและขั้นสุดท้าย (ตามที่เห็นในกฎของเฮสส์)

พิจารณาว่าพลังงานภายในประกอบด้วยพลังงานจลน์ (การเคลื่อนที่ของอนุภาค) และพลังงานศักย์ (ปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาค) ของระบบเดียวกันมันสามารถอนุมานได้ว่ามีปัจจัยอื่น ๆ ที่มีส่วนช่วยในการศึกษาสถานะและคุณสมบัติของแต่ละ ระบบ

การใช้งาน

เทอร์โมเคมีมีหลายแอพพลิเคชั่นซึ่งบางส่วนจะกล่าวถึงด้านล่าง:

- การกำหนดการเปลี่ยนแปลงพลังงานในปฏิกิริยาบางอย่างผ่านการใช้ความร้อน (การวัดการเปลี่ยนแปลงความร้อนในระบบบางแห่ง)

- การลดการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีในระบบแม้ว่าจะไม่สามารถทราบได้โดยตรงจากการวัดโดยตรง

- การวิเคราะห์การถ่ายเทความร้อนที่เกิดจากการทดลองเมื่อสารประกอบออร์กาโนเมทัลลิกเกิดขึ้นกับโลหะทรานซิชัน

- การศึกษาการเปลี่ยนแปลงพลังงาน (ในรูปของความร้อน) ที่กำหนดในสารประกอบประสานของโพลีเอมีนกับโลหะ

- การกำหนดเอนทาลปีของพันธะโลหะ - ออกซิเจนของβ-diketones และβ-diketonates ที่จับกับโลหะ

เช่นเดียวกับในการใช้งานก่อนหน้านี้เทอร์โมเคมีสามารถใช้เพื่อกำหนดพารามิเตอร์จำนวนมากที่เกี่ยวข้องกับพลังงานประเภทอื่นหรือฟังก์ชั่นของรัฐซึ่งเป็นสิ่งที่กำหนดสถานะของระบบในเวลาที่กำหนด

เทอร์โมเคมียังใช้ในการศึกษาคุณสมบัติต่าง ๆ ของสารประกอบเช่นในการไตเตรทแคลอริเมทรี