Termokimia dan Kalorimetri

Termokimia mengukur panas yang diserap atau dilepaskan oleh reaksi kimia, dan kalorimetri adalah seni eksperimental untuk mengukur panas tersebut guna memperoleh entalpi reaksi dan kapasitas panas.

Definition

Termokimia adalah studi tentang panas yang dilepaskan atau diserap dalam reaksi kimia dan perubahan fasa, dan kalorimetri adalah serangkaian metode eksperimental yang mengukur panas ini dan kapasitas panas zat.

Scope

Topik ini mencakup perubahan panas yang menyertai reaksi kimia: entalpi standar pembentukan, pembakaran, dan reaksi; hukum Hess tentang penjumlahan panas konstan; ketergantungan entalpi reaksi terhadap suhu melalui hukum Kirchhoff; dan entalpi ikatan. Topik ini mencakup teknik kalorimetri yang digunakan untuk mengukur kuantitas ini, termasuk kalorimetri bom dan tekanan konstan serta kalorimetri pemindaian diferensial, bersama dengan pengukuran kapasitas panas. Prediksi kapasitas panas secara mekanika statistik dibahas dalam termodinamika statistik.

Core questions

• Bagaimana hukum Hess memungkinkan entalpi reaksi digabungkan dari entalpi pembentukan yang ditabulasi?
• Bagaimana hukum Kirchhoff menjelaskan ketergantungan entalpi reaksi terhadap suhu?
• Bagaimana kalorimeter bom dan tekanan konstan mengukur perubahan energi internal dan entalpi?
• Bagaimana entalpi ikatan digunakan untuk memperkirakan entalpi reaksi?

Key concepts

• Entalpi standar pembentukan dan reaksi
• Hukum Hess tentang penjumlahan panas konstan
• Hukum Kirchhoff dan kapasitas panas
• Kalorimetri bom dan tekanan konstan
• Entalpi ikatan

Key theories

Hukum Hess

Karena entalpi adalah fungsi keadaan, perubahan entalpi suatu reaksi adalah sama terlepas dari jalur yang diambil, sehingga entalpi reaksi dapat ditambahkan dan dikurangkan dari entalpi pembentukan standar yang ditabulasi.

Hukum Kirchhoff tentang ketergantungan suhu

Variasi entalpi reaksi dengan suhu diatur oleh perbedaan kapasitas panas antara produk dan reaktan, memungkinkan entalpi yang diukur pada satu suhu dikoreksi ke suhu lain.

Clinical relevance

Termokimia dan kalorimetri menyediakan nilai bahan bakar dan panas reaksi yang diperlukan untuk rekayasa energi dan pembakaran, data termal untuk keselamatan proses dan reaktor, energetika stabilitas dan pelipatan yang diukur dengan kalorimetri pemindaian diferensial dan titrasi isotermal dalam biokimia, serta kandungan energi nutrisi makanan.

History

Kalorimetri dimulai dengan kalorimeter es Lavoisier dan Laplace pada tahun 1780-an; Hess menetapkan aditivitas panas reaksi pada tahun 1840, dan kalorimetri bom Berthelot pada abad kesembilan belas menjadikan pengukuran sistematis entalpi pembakaran dan pembentukan sebagai dasar kimia fisik.

Key figures

• Germain Henri Hess
• Antoine Lavoisier
• Marcellin Berthelot

Seminal works

• atkins2018
• mcquarrie1997

Frequently asked questions

Apa perbedaan antara kalorimeter bom dan kalorimeter tekanan konstan?

Kalorimeter bom menjaga reaksi pada volume konstan dan mengukur perubahan energi internal, sedangkan kalorimeter tekanan konstan, yang terbuka ke atmosfer, mengukur perubahan entalpi secara langsung; keduanya terkait dengan kerja yang dilakukan terhadap tekanan saat gas mengembang atau berkontraksi.

Mengapa entalpi pembentukan didefinisikan relatif terhadap unsur-unsur?

Entalpi absolut tidak dapat diukur, sehingga diperlukan referensi; menetapkan entalpi pembentukan nol untuk unsur-unsur dalam keadaan standar mereka memberikan dasar yang konsisten dari mana entalpi pembentukan senyawa apa pun, dan karenanya entalpi reaksi apa pun, dapat dihitung.