Τι είναι η Θερμοχημεία;
Βασικές έννοιες της θερμοχημείας
Η θερμοχημεία μελετά την κατανόηση της θερμότητας και τον τρόπο με τον οποίο η θερμότητα εμπλέκεται στις χημικές αντιδράσεις. Σημαντικές εξισώσεις θερμοχημείας καθοδηγούν τη μελέτη της θερμότητας και τις αλληλεπιδράσεις της με τον κόσμο. Μάθετε για τις κεντρικές έννοιες της θερμοχημείας, ορισμένους κρίσιμους τύπους και τον τρόπο επίλυσης προβλημάτων θερμοχημείας.
Τι είναι η Θερμοχημεία;
Η θερμοχημεία είναι ένας κλάδος της χημείας που μελετά τη θερμότητα που εμπλέκεται σε διάφορες αντιδράσεις. Η θερμότητα είναι μια μορφή ενέργειας. Η ενέργεια από τη θερμότητα μπορεί να οδηγήσει σε χημική αντίδραση, να απελευθερωθεί από μια αντίδραση ή και τα δύο! Η θερμοχημεία προσπαθεί να κατανοήσει και να εξηγήσει τους μετασχηματισμούς που υφίσταται η ενέργεια σε μια αντίδραση.
«Θέρμο» σημαίνει ότι σχετίζεται με τη θερμότητα. Και η «χημεία» είναι η μελέτη των μορίων και των αντιδράσεων. Έτσι, η θερμοχημεία είναι η θερμότητα της χημείας.
Η χημεία των τροφίμων είναι ένας κλάδος της χημείας όπου η θερμοχημεία είναι μια κοινή μελέτη. Όταν το σώμα μας διασπά τα σάκχαρα και τα λίπη, δημιουργεί ενέργεια. Η θερμοχημεία μπορεί να βοηθήσει να εξηγηθεί αυτό. Μπορεί επίσης να σας βοηθήσει να εξηγήσετε πώς ένα παγάκι ψύχει ένα ζεστό ποτήρι νερό ή πώς ο άνθρακας μπορεί να παρέχει ενέργεια για τη λειτουργία των δικτύων ενέργειας μας.
Άλλα άρθρα που σχετίζονται με τη θερμοχημεία
- Ενδόθερμες έναντι εξώθερμων αντιδράσεων
- Ενθαλπία αντίδρασης, σχηματισμού και καύσης
- Οι νόμοι της θερμοδυναμικής
Πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής
Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής αναφέρεται και ως νόμος διατήρησης της ενέργειας. Αυτό σημαίνει ότι η ενέργεια δεν μπορεί να δημιουργηθεί ή να καταστραφεί, απλώς αλλάζει μορφές. Με πιο ακριβείς όρους, ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής λέει ότι η συνολική μεταβολή της ενέργειας σε ένα σύστημα σχετίζεται με τη θερμότητα που προστίθεται στο σύστημα μείον την εργασία που γίνεται από το σύστημα. Η μελέτη της θερμότητας σε αυτό το σύστημα θα ήταν μια μελέτη θερμοχημείας.
Εξίσωση θερμότητας αντίδρασης (γνωστή και ως ενθαλπία αντίδρασης)
Η θερμότητα της αντίδρασης, επίσης γνωστή ως η ενθαλπία της αντίδρασης, εξετάζει τη συνολική θερμική ενέργεια που εμφανίζεται σε μια αντίδραση. Αυτό περιλαμβάνει τη θερμότητα που απορροφάται στην ύλη καθώς συμβαίνει μια αντίδραση, ενδόθερμη, ή τη θερμότητα που απελευθερώνεται ως αντίδραση, εξώθερμη. (Περιγραφή Ενδόθερμων έναντι Εξώθερμων Αντιδράσεων)
ΔH =ΣΔ Hπροϊόντα – ΣΔ Hαντιδρώντα
- ΔH :ενθαλπία
- ΣΔ Hπροϊόντα :άθροισμα της θερμότητας που απορροφάται/απελευθερώνεται από τα προϊόντα
- ΣΔ Hαντιδρώντα :άθροισμα της θερμότητας που απορροφάται/απελευθερώνεται από τα αντιδρώντα
Παράδειγμα:
Σκεφτείτε τα εξής:NaOH(s) + HCl(g) -> NaCl(s) + H2 0(g) ΔH=?
ΔH= ΔHπροϊόντα – ΔHαντιδρώντα =(-411,0 + -241,8) – (-426,7 + -92,3) =-682,8 + 519 =-163,8 kJ/mol
Θερμιδομετρία
Η θερμιδομετρία μελετά τις ενεργειακές αλλαγές που συμβαίνουν μεταξύ ενός συστήματος και του περιβάλλοντός του. Το σύστημα αντιπροσωπεύει την ουσία που υφίσταται μια χημική αντίδραση. Ενώ το περιβάλλον στο χέρι, αντιπροσωπεύει οτιδήποτε άλλο αλληλεπιδρά με το σύστημα. Ένα θερμιδόμετρο, ένα βαθμονομημένο εργαλείο, μετρά αυτές τις ενεργειακές αλλαγές. Ένα θερμιδόμετρο απομονώνει την αντίδραση που συμβαίνει στο εσωτερικό από το ευρύτερο περιβάλλον. Ένα τυπικό παράδειγμα στο σπίτι περιλαμβάνει τη χρήση ενός κύπελλου από φελιζόλ, όπου το υλικό μειώνει τις αλληλεπιδράσεις θερμότητας μεταξύ των περιεχομένων του κυπέλλου από το εξωτερικό.
Σύμφωνα με την παραπάνω εικόνα, η θερμότητα που απορροφάται σε έναν ιδανικό τέλειο κόσμο θα είναι πάντα ισοδύναμη με τη θερμότητα που απελευθερώνεται. Σύμφωνα με το νόμο της διατήρησης της ενέργειας, η συνολική ανταλλαγή θερμότητας μέσα σε ένα κλειστό θερμιδόμετρο είναι ίση με 0.
Με άλλα λόγια, qκυκλοφόρησε (-q) =qαπορροφήθηκε (q) και -q + q =0.
Σημαντικές εξισώσεις θερμοχημείας
Θερμική ικανότητα (C)
Η θερμοχωρητικότητα οποιασδήποτε ύλης περιγράφει την ποσότητα θερμότητας (q) που μπορεί να απορροφήσει ή να απελευθερώσει κατά τη διάρκεια μιας αλλαγής θερμοκρασίας.
C =q/ΔT
Ειδική θερμική ικανότητα (c)
Η ειδική θερμοχωρητικότητα αναφέρεται στην ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για την αύξηση της θερμοκρασίας 1 γραμμαρίου ύλης κατά 1 βαθμό.
c=q/mΔT
Η ειδική θερμοχωρητικότητα μιας ουσίας καθορίζει πόσο καλή ψύκτρα θα είναι η ουσία. Για παράδειγμα, το νερό έχει υψηλή ειδική θερμοχωρητικότητα. Παρόλο που ο ήλιος χτυπά τον ωκεανό όλη μέρα, το νερό του ωκεανού δεν αλλάζει δραματικά τη θερμοκρασία. Εάν το νερό είχε χαμηλή ειδική θερμική χωρητικότητα, ο ωκεανός θα ζεσταινόταν κατά τη διάρκεια της ημέρας με την ενέργεια του ήλιου και στη συνέχεια θα δροσιζόταν δραματικά κατά τη διάρκεια της νύχτας καθώς αυτή η ενέργεια διαχέονταν στον αέρα. Αυτή η ιδιότητα του νερού είναι το κλειδί για τη λειτουργία της ζωής στη γη.
Περαιτέρω ανάγνωση
Θερμοχημεία:Θερμότητα και Ενθαλπία
