Nhiệt hóa học và Nhiệt lượng kế

Nhiệt hóa học định lượng nhiệt lượng hấp thụ hoặc tỏa ra bởi các phản ứng hóa học, và nhiệt lượng kế là nghệ thuật thực nghiệm đo nhiệt lượng đó để thu được enthalpy phản ứng và nhiệt dung.

Definition

Nhiệt hóa học là nghiên cứu về nhiệt lượng tỏa ra hoặc hấp thụ trong các phản ứng hóa học và thay đổi pha, và nhiệt lượng kế là tập hợp các phương pháp thực nghiệm đo các nhiệt lượng này và nhiệt dung của các chất.

Scope

Chủ đề này bao gồm các thay đổi nhiệt đi kèm với các phản ứng hóa học: enthalpy tạo thành, đốt cháy và phản ứng tiêu chuẩn; định luật Hess về tổng nhiệt không đổi; sự phụ thuộc nhiệt độ của enthalpy phản ứng thông qua định luật Kirchhoff; và enthalpy liên kết. Nó bao gồm các kỹ thuật nhiệt lượng kế được sử dụng để đo các đại lượng này, bao gồm nhiệt lượng kế bom và áp suất không đổi, và nhiệt lượng kế quét vi sai, cùng với phép đo nhiệt dung. Dự đoán nhiệt dung bằng cơ học thống kê được xử lý trong nhiệt động lực học thống kê.

Core questions

• Định luật Hess cho phép kết hợp enthalpy phản ứng từ các enthalpy tạo thành được lập bảng như thế nào?
• Định luật Kirchhoff mô tả sự phụ thuộc nhiệt độ của enthalpy phản ứng như thế nào?
• Nhiệt lượng kế bom và áp suất không đổi đo năng lượng nội tại và thay đổi enthalpy như thế nào?
• Enthalpy liên kết được sử dụng để ước tính enthalpy phản ứng như thế nào?

Key concepts

• Enthalpy tạo thành và phản ứng tiêu chuẩn
• Định luật Hess về tổng nhiệt không đổi
• Định luật Kirchhoff và nhiệt dung
• Nhiệt lượng kế bom và áp suất không đổi
• Enthalpy liên kết

Key theories

Định luật Hess

Vì enthalpy là một hàm trạng thái, sự thay đổi enthalpy của một phản ứng là như nhau bất kể con đường nào được thực hiện, do đó enthalpy phản ứng có thể được cộng và trừ từ các enthalpy tạo thành tiêu chuẩn được lập bảng.

Định luật Kirchhoff về sự phụ thuộc nhiệt độ

Sự biến thiên của enthalpy phản ứng theo nhiệt độ được chi phối bởi sự khác biệt về nhiệt dung giữa sản phẩm và chất phản ứng, cho phép điều chỉnh enthalpy đo được ở một nhiệt độ sang nhiệt độ khác.

Clinical relevance

Nhiệt hóa học và nhiệt lượng kế cung cấp các giá trị nhiên liệu và nhiệt phản ứng cần thiết cho kỹ thuật năng lượng và đốt cháy, dữ liệu nhiệt cho an toàn quy trình và lò phản ứng, năng lượng ổn định và gấp nếp được đo bằng nhiệt lượng kế quét vi sai và chuẩn độ đẳng nhiệt trong hóa sinh, và hàm lượng năng lượng dinh dưỡng của thực phẩm.

History

Nhiệt lượng kế bắt đầu với nhiệt lượng kế đá của Lavoisier và Laplace vào những năm 1780; Hess đã thiết lập tính cộng gộp của nhiệt phản ứng vào năm 1840, và nhiệt lượng kế bom của Berthelot vào thế kỷ XIX đã biến phép đo có hệ thống enthalpy đốt cháy và tạo thành thành một nền tảng của hóa lý.

Key figures

• Germain Henri Hess
• Antoine Lavoisier
• Marcellin Berthelot

Seminal works

• atkins2018
• mcquarrie1997

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa nhiệt lượng kế bom và nhiệt lượng kế áp suất không đổi là gì?

Nhiệt lượng kế bom giữ phản ứng ở thể tích không đổi và đo sự thay đổi năng lượng nội tại, trong khi nhiệt lượng kế áp suất không đổi, mở ra khí quyển, đo trực tiếp sự thay đổi enthalpy; hai loại này có liên quan đến công thực hiện chống lại áp suất khi khí giãn nở hoặc co lại.

Tại sao enthalpy tạo thành được định nghĩa tương đối so với các nguyên tố?

Enthalpy tuyệt đối không thể đo được, vì vậy cần có một tham chiếu; việc gán enthalpy tạo thành bằng 0 cho các nguyên tố ở trạng thái tiêu chuẩn của chúng cung cấp một đường cơ sở nhất quán từ đó có thể tính toán enthalpy tạo thành của bất kỳ hợp chất nào, và do đó bất kỳ enthalpy phản ứng nào.