Термохимия
Термохимията е наука за енергията и топлината, свързани с химичните реакции и физичните преобразувания (физични промени). Физичните трансформации са, когато едно състояние на материята (например твърдо или течно) се променя в друго. Примери за преобразувания са топенето (когато твърдо вещество се превръща в течност) и кипенето (когато течност се превръща в газ).
Реакцията отдава или приема енергия. Физическата трансформация също отдава или приема енергия. Термохимията разглежда тези енергийни промени, по-специално енергийния обмен на дадена система със заобикалящата я среда. Термохимията е полезна за прогнозиране на количествата на реагентите и продуктите по всяко време на дадена реакция. Термохимиците правят това, като използват данни, включително определяне на ентропията. Термохимиците ще кажат дали дадена реакция е спонтанна или неспонтанна, благоприятна или неблагоприятна.
При ендотермичните реакции се отделя топлина. При екзотермичните реакции се отделя топлина. Термохимията съчетава понятията на термодинамиката с идеята за енергията под формата на химични връзки. Тя включва изчисления на такива величини като топлинен капацитет, топлина на горене, топлина на образуване, енталпия, ентропия, свободна енергия и калории.
Първият в света леден калориметър, използван през зимата на 1782-83 г. от Антоан Лавоазие и Пиер-Симон Лаплас. Той е използван за определяне на топлината, отделяна при различни химични промени. Тези изчисления се основават на по-ранното откритие на Жозеф Блек за латентната топлина. Тези експерименти поставят началото на термохимията.
История
Термохимията започва с две идеи:
- Лавоазие и законът на Лаплас (1780 г.): Енергийното изменение при всяко преобразуване е равно и противоположно на енергийното изменение при обратния процес.
- Закон на Хес (1840 г.): Промяната на енергията при всяко преобразуване е една и съща, независимо дали то се извършва на една или на много стъпки.
Тези открития са направени преди първия закон на термодинамиката (1845 г.). Те помагат на учените да разберат този закон.
Едуард Диас и Хес изследват специфичната топлина и латентната топлина. Джоузеф Блек разработва концепцията за промени в латентната енергия.
Густав Кирхоф показва през 1858 г., че промяната в топлината на реакцията се определя от разликата в топлинния капацитет на продуктите и реактивите: ∂ Δ H ∂ T = Δ C p {\displaystyle {{\partial \Delta H} \над \частично Т}=\Delta C_{p}} 
. Интегрирането на това уравнение позволява да се оцени топлината на реакцията при една температура въз основа на измервания при друга температура.
Калориметрия
Измерването на топлинните промени се нарича калориметрия. С нея се измерва топлината на химичните реакции или физичните промени. Калориметърът, уредът за калориметрия, обикновено представлява затворена камера.
Калориметрията се състои от следните етапи: Химиците извършват промяната в камерата. Температурата на камерата се измерва с помощта на термометър или термодвойка. Температурата се съпоставя с времето, за да се получи графика. Химиците използват графиката, за да изчислят основните величини.
Съвременните калориметри разполагат с малки компютри, които измерват температурата и бързо дават изчислените данни. Пример за това е диференциалният сканиращ калориметър (DSC).
Системи
Няколко термодинамични дефиниции са много полезни в термохимията. "Система" е конкретният участък от Вселената, който се изследва. Всичко извън системата се счита за околна среда. Една система може да бъде:
- изолирана система - когато не може да обменя енергия или материя със заобикалящата я среда, както е при изолирания калориметър на бомба;
- затворена система - когато може да обменя енергия, но не и материя със заобикалящата я среда, както е при парния радиатор;
- отворена система - когато може да обменя както материя, така и енергия със заобикалящата я среда, например тенджера с вряща вода.
Процеси
Една система преминава през "процес", когато едно или повече от нейните свойства (характеристики) се променят. Процесът е свързан (свързва се) с промяната на състоянието. Изотермичен (с една и съща температура) процес се случва, когато температурата на системата остава една и съща. Изобарен (при едно и също налягане) процес се случва, когато налягането на системата остава едно и също. Адиабатен (без топлообмен) процес се случва, когато няма движение на топлина.
Свързани страници
- Важни публикации в областта на термохимията
- Изодезична реакция
- Принцип на максимална работа
- Реакционен калориметър
- Принцип на Томсен-Бертело
- Юлиус Томсен
- Термодинамични бази данни за чисти вещества
- Калориметрия
- Топлинна физика
Въпроси и отговори
В: Какво представлява термохимията?
О: Термохимията е наука за енергията и топлината, свързани с химичните реакции и физичните преобразувания.
В: Какви са някои примери за физични преобразувания?
О: Примери за физични преобразувания са топенето (когато твърдо вещество се превръща в течност) и кипенето (когато течност се превръща в течност).
В: Как термохимията помага да се предскажат количествата на реагентите и продуктите?
О: Термохимиците използват данни, включително определяне на ентропията, за да предскажат количествата на реагиращите вещества и продуктите по всяко време на дадена реакция.
В: Ендотермичните реакции благоприятни или неблагоприятни са?
О: Ендотермичните реакции са неблагоприятни.
В: Екзотермичните реакции благоприятни или неблагоприятни са?
О: Екзотермичните реакции са благоприятни.
В: Какви понятия съчетава термохимията?
О: Термохимията съчетава понятията на термодинамиката с идеята за енергията под формата на химични връзки.
В: Какви видове изчисления правят термохимиците?
О: Термохимиците правят изчисления като топлинен капацитет, топлина на горене, топлина на образуване, енталпия, ентропия, свободна енергия и калории.
