ترمودینامیک و کالریسنجی
ترمودینامیک مقدار گرمای جذب شده یا آزاد شده توسط واکنشهای شیمیایی را کمیسازی میکند و کالریسنجی هنر تجربی اندازهگیری آن گرما برای به دست آوردن آنتالپی واکنش و ظرفیتهای گرمایی است.
Definition
ترمودینامیک مطالعه گرمای آزاد شده یا جذب شده در واکنشهای شیمیایی و تغییرات فاز است و کالریسنجی مجموعهای از روشهای تجربی است که این گرماها و ظرفیتهای گرمایی مواد را اندازهگیری میکند.
Scope
این موضوع تغییرات گرمایی همراه با واکنشهای شیمیایی را پوشش میدهد: آنتالپیهای استاندارد تشکیل، احتراق و واکنش؛ قانون هس برای جمعپذیری ثابت گرما؛ وابستگی آنتالپی واکنش به دما از طریق قانون کیرشهف؛ و آنتالپیهای پیوند. این موضوع تکنیکهای کالریسنجی مورد استفاده برای اندازهگیری این کمیتها را پوشش میدهد، از جمله کالریسنجی بمبی و فشار ثابت و کالریسنجی روبشی تفاضلی، همراه با اندازهگیری ظرفیت گرمایی. پیشبینی مکانیک آماری ظرفیتهای گرمایی تحت ترمودینامیک آماری بررسی میشود.
Core questions
- چگونه قانون هس اجازه میدهد آنتالپیهای واکنش از آنتالپیهای تشکیل جدولبندی شده ترکیب شوند؟
- چگونه قانون کیرشهف وابستگی آنتالپی واکنش به دما را توصیف میکند؟
- چگونه کالریسنجهای بمبی و فشار ثابت تغییرات انرژی داخلی و آنتالپی را اندازهگیری میکنند؟
- چگونه از آنتالپیهای پیوند برای تخمین آنتالپیهای واکنش استفاده میشود؟
Key concepts
- آنتالپیهای استاندارد تشکیل و واکنش
- قانون هس برای جمعپذیری ثابت گرما
- قانون کیرشهف و ظرفیت گرمایی
- کالریسنجی بمبی و فشار ثابت
- آنتالپیهای پیوند
Key theories
- قانون هس
- از آنجا که آنتالپی یک تابع حالت است، تغییر آنتالپی یک واکنش صرف نظر از مسیر طی شده یکسان است، بنابراین آنتالپیهای واکنش را میتوان از آنتالپیهای تشکیل استاندارد جدولبندی شده جمع و تفریق کرد.
- قانون کیرشهف برای وابستگی به دما
- تغییر آنتالپی واکنش با دما توسط تفاوت در ظرفیتهای گرمایی بین محصولات و واکنشدهندهها کنترل میشود، که امکان تصحیح آنتالپیهای اندازهگیری شده در یک دما را به دمای دیگر فراهم میکند.
Clinical relevance
ترمودینامیک و کالریسنجی مقادیر سوخت و گرمای واکنش مورد نیاز برای مهندسی انرژی و احتراق، دادههای حرارتی برای ایمنی فرآیند و راکتور، انرژیهای پایداری و تاخوردگی اندازهگیری شده توسط کالریسنجی روبشی تفاضلی و تیتراسیون همدما در بیوشیمی، و محتوای انرژی غذایی مواد غذایی را فراهم میکنند.
History
کالریسنجی با کالریسنج یخ لاووازیه و لاپلاس در دهه ۱۷۸۰ آغاز شد؛ هس جمعپذیری گرمای واکنش را در سال ۱۸۴۰ تثبیت کرد و کالریسنجی بمبی برتلوت در قرن نوزدهم، اندازهگیری سیستماتیک آنتالپیهای احتراق و تشکیل را به یکی از پایههای شیمی فیزیک تبدیل کرد.
Key figures
- Germain Henri Hess
- Antoine Lavoisier
- Marcellin Berthelot
Related topics
Seminal works
- atkins2018
- mcquarrie1997
Frequently asked questions
- تفاوت بین کالریسنج بمبی و کالریسنج فشار ثابت چیست؟
- کالریسنج بمبی واکنش را در حجم ثابت نگه میدارد و تغییر انرژی داخلی را اندازهگیری میکند، در حالی که کالریسنج فشار ثابت، که به اتمسفر باز است، تغییر آنتالپی را مستقیماً اندازهگیری میکند؛ این دو با کار انجام شده در برابر فشار هنگام انبساط یا انقباض گازها مرتبط هستند.
- چرا آنتالپیهای تشکیل نسبت به عناصر تعریف میشوند؟
- آنتالپیهای مطلق قابل اندازهگیری نیستند، بنابراین به یک مرجع نیاز است؛ اختصاص آنتالپی تشکیل صفر به عناصر در حالتهای استانداردشان یک پایه ثابت فراهم میکند که از آن میتوان آنتالپی تشکیل هر ترکیب، و در نتیجه هر آنتالپی واکنش را محاسبه کرد.