Termokimya ve Kalorimetri
Termokimya, kimyasal reaksiyonlar tarafından emilen veya salınan ısıyı nicel olarak belirlerken, kalorimetri, reaksiyon entalpilerini ve ısı kapasitelerini elde etmek için bu ısıyı ölçmenin deneysel sanatıdır.
Tanım
Termokimya, kimyasal reaksiyonlarda ve faz değişimlerinde açığa çıkan veya emilen ısının incelenmesidir ve kalorimetri, bu ısıları ve maddelerin ısı kapasitelerini ölçen deneysel yöntemler bütünüdür.
Kapsam
Bu konu, kimyasal reaksiyonlara eşlik eden ısı değişimlerini kapsamaktadır: standart oluşum, yanma ve reaksiyon entalpileri; Hess'in sabit ısı toplamı yasası; Kirchhoff yasası aracılığıyla reaksiyon entalpisinin sıcaklık bağımlılığı; ve bağ entalpileri. Bu nicelikleri ölçmek için kullanılan bomba ve sabit basınç kalorimetrisi ile diferansiyel taramalı kalorimetri dahil olmak üzere kalorimetrik teknikleri ve ısı kapasitesi ölçümünü ele almaktadır. Isı kapasitelerinin istatistiksel-mekanik tahmini, istatistiksel termodinamik kapsamında incelenmektedir.
Temel sorular
- Hess yasası, reaksiyon entalpilerinin tablolaştırılmış oluşum entalpilerinden nasıl birleştirilmesine olanak tanır?
- Kirchhoff yasası, reaksiyon entalpisinin sıcaklık bağımlılığını nasıl tanımlar?
- Bomba ve sabit basınç kalorimetreleri, iç enerji ve entalpi değişimlerini nasıl ölçer?
- Bağ entalpileri, reaksiyon entalpilerini tahmin etmek için nasıl kullanılır?
Anahtar kavramlar
- Standart oluşum ve reaksiyon entalpileri
- Hess'in sabit ısı toplamı yasası
- Kirchhoff yasası ve ısı kapasitesi
- Bomba ve sabit basınç kalorimetrisi
- Bağ entalpileri
Temel kuramlar
- Hess yasası
- Entalpi bir hal fonksiyonu olduğundan, bir reaksiyonun entalpi değişimi izlenen yoldan bağımsız olarak aynıdır, bu nedenle reaksiyon entalpileri tablolaştırılmış standart oluşum entalpilerinden toplanabilir ve çıkarılabilir.
- Kirchhoff'un sıcaklık bağımlılığı yasası
- Bir reaksiyon entalpisinin sıcaklıkla değişimi, ürünler ve reaktanlar arasındaki ısı kapasiteleri farkı tarafından yönetilmektedir, bu da bir sıcaklıkta ölçülen entalpilerin başka bir sıcaklığa düzeltilmesine olanak tanır.
Klinik önem
Termokimya ve kalorimetri, enerji ve yanma mühendisliği için gerekli yakıt değerlerini ve reaksiyon ısılarını, proses ve reaktör güvenliği için termal verileri, biyokimyada diferansiyel taramalı ve izotermal titrasyon kalorimetrisi ile ölçülen stabilite ve katlanma enerjilerini ve gıdaların besin enerji içeriğini sağlamaktadır.
Tarihçe
Kalorimetri, 1780'lerde Lavoisier ve Laplace'ın buz kalorimetresiyle başlamıştır; Hess, 1840'ta reaksiyon ısılarının toplanabilirliğini (additivity) ortaya koymuş ve Berthelot'nun on dokuzuncu yüzyıl bomba kalorimetrisi, yanma ve oluşum entalpilerinin sistematik ölçümünü fiziksel kimyanın bir temeli haline getirmiştir.
Öne çıkan isimler
- Germain Henri Hess
- Antoine Lavoisier
- Marcellin Berthelot
İlgili konular
Temel eserler
- atkins2018
- mcquarrie1997
Sıkça sorulan sorular
- Bomba kalorimetresi ile sabit basınç kalorimetresi arasındaki fark nedir?
- Bomba kalorimetresi reaksiyonu sabit hacimde tutar ve iç enerji değişimini ölçerken, atmosfere açık olan sabit basınç kalorimetresi entalpi değişimini doğrudan ölçer; ikisi, gazlar genleşirken veya büzülürken basınca karşı yapılan iş ile ilişkilidir.
- Oluşum entalpileri neden elementlere göre tanımlanır?
- Mutlak entalpiler ölçülemediğinden, bir referansa ihtiyaç duyulmaktadır; elementlere standart hallerinde sıfır oluşum entalpisi atanması, herhangi bir bileşiğin oluşum entalpisinin ve dolayısıyla herhangi bir reaksiyon entalpisinin hesaplanabileceği tutarlı bir temel sağlamaktadır.