Termokemi
Termokemi är studiet av energi och värme i samband med kemiska reaktioner och fysiska omvandlingar (fysiska förändringar). Fysiska omvandlingar är när ett materiellt tillstånd (t.ex. ett fast eller flytande ämne) övergår till ett annat tillstånd. Exempel på omvandlingar är smältning (när ett fast ämne blir en vätska) och kokning (när en vätska blir en gas).
En reaktion avger eller tar upp energi. En fysisk omvandling ger också ut eller tar in energi. Termokemi undersöker dessa energiförändringar, särskilt ett systems energiutbyte med omgivningen. Termokemi är användbar för att förutsäga reaktant- och produktmängder vid alla tidpunkter under en viss reaktion. Termokemister gör detta med hjälp av data, inklusive entropibestämningar. Termokemister kan avgöra om en reaktion är spontan eller icke-spontan, gynnsam eller ogynnsam.
Endoterma reaktioner tar upp värme. Exoterma reaktioner avger värme. Termokemi kombinerar termodynamikens begrepp med idén om energi i form av kemiska bindningar. Den omfattar beräkningar av sådana storheter som värmekapacitet, förbränningsvärme, bildningsvärme, entalpi, entropi, fri energi och kalorier.
Världens första iskalorimeter, som användes vintern 1782-83 av Antoine Lavoisier och Pierre-Simon Laplace. Den användes för att ta reda på den värme som utvecklas vid olika kemiska förändringar. Dessa beräkningar baserades på Joseph Blacks tidigare upptäckt av latent värme. Med dessa experiment inleddes termokemin.
Historia
Termokemin började med två idéer:
- Lavoisier och Laplaces lag (1780): Energiförändringen för en omvandling är lika stor som energiförändringen för den omvända processen.
- Hess lag (1840): Energiförändringen för en omvandling är densamma oavsett om den sker i ett eller flera steg.
Dessa upptäckter gjordes innan den första termodynamiska lagen (1845). De hjälpte forskarna att förstå denna lag.
Edward Diaz och Hess undersökte specifik värme och latent värme. Joseph Black utvecklade begreppet latent energiändring.
Gustav Kirchhoff visade 1858 att förändringen av reaktionsvärmen ges av skillnaden i värmekapacitet mellan produkter och reaktanter: ∂ Δ H ∂ T = Δ C p {\displaystyle {{\partial \Delta H} \over \partial T}=\Delta C_{p}}} 
. Genom att integrera denna ekvation kan man utvärdera reaktionsvärmen vid en temperatur utifrån mätningar vid en annan temperatur.
Kalorimetri
Mätning av värmeförändringar kallas kalorimetri. Den mäter värmen vid kemiska reaktioner eller fysiska förändringar. En kalorimeter, en anordning för kalorimetri, är vanligtvis en sluten kammare.
Kalorimetrin består av följande steg: Kemister får förändringen att ske i kammaren. Kammarens temperatur mäts antingen med hjälp av en termometer eller ett termoelement. Temperaturen plottas mot tiden för att ge ett diagram. Kemisterna använder grafen för att beräkna grundläggande storheter.
Moderna kalorimetrar har små datorer som mäter temperaturen och snabbt ger de beräknade uppgifterna. Ett exempel är en kalorimeter med differentiell skanning (DSC).
System
Flera termodynamiska definitioner är mycket användbara i termokemi. Ett "system" är den specifika del av universum som studeras. Allt utanför systemet betraktas som omgivningen eller miljön. Ett system kan vara:
- ett isolerat system - när det inte kan utbyta energi eller materia med omgivningen, som i en isolerad bombkalorimeter;
- ett slutet system - när den kan utbyta energi men inte materia med omgivningen, som i en ångradiator;
- ett öppet system - när det kan utbyta både materia och energi med omgivningen, t.ex. en gryta med kokande vatten.
Processer
Ett system genomgår en "process" när en eller flera av dess egenskaper förändras. En process är kopplad till en tillståndsförändring. En isotermisk (samma temperatur) process sker när systemets temperatur förblir densamma. En isobarisk process (samma tryck) sker när trycket i systemet förblir detsamma. En adiabatisk process (inget värmeutbyte) sker när ingen värme rör sig.
Relaterade sidor
- Viktiga publikationer inom termokemi
- Isodesmisk reaktion
- Principen om maximalt arbete
- Reaktionskalorimeter
- Thomsen-Berthelot-principen
- Julius Thomsen
- Termodynamiska databaser för rena ämnen
- Kalorimetri
- Termisk fysik
Frågor och svar
F: Vad är termokemi?
S: Termokemi är studiet av energi och värme i samband med kemiska reaktioner och fysiska omvandlingar.
F: Vilka är några exempel på fysiska omvandlingar?
S: Exempel på fysiska omvandlingar är smältning (när ett fast ämne blir till en vätska) och kokning (när en vätska blir till en vätska).
F: Hur hjälper termokemi till att förutsäga reaktant- och produktmängder?
S: Termokemister använder data, inklusive entropibestämningar, för att förutsäga reaktant- och produktmängder vid alla tidpunkter under en given reaktion.
F: Är endoterma reaktioner gynnsamma eller ogynnsamma?
S: Endoterma reaktioner är ogynnsamma.
F: Är exoterma reaktioner gynnsamma eller ogynnsamma?
S: Exoterma reaktioner är gynnsamma.
F: Vilka begrepp kombinerar termokemi?
S: Termokemi kombinerar termodynamikens begrepp med idén om energi i form av kemiska bindningar.
F: Vilka typer av beräkningar gör termokemister?
S: Termokemister gör beräkningar som värmekapacitet, förbränningsvärme, bildningsvärme, entalpi, entropi, fri energi och kalorier.
