Введение

Исследование тепловой энергии, связанной с химическими реакциями и/или физическими превращениями.

Термохимия – это изучение тепловой энергии, сопровождающей химические реакции и/или фазовые переходы, такие как плавление и кипение. Реакция может выделять или поглощать энергию, и фазовый переход может происходить аналогичным образом. Термохимия фокусируется на обмене энергией между системой и ее окружением в форме тепла. Термохимия полезна для прогнозирования количеств реагентов и продуктов в ходе данной реакции. В сочетании с определением энтропии она также используется для прогнозирования того, является ли реакция спонтанной или неспонтанной, благоприятной или неблагоприятной. Эндотермические реакции поглощают тепло, а экзотермические реакции выделяют тепло. Термохимия объединяет концепции термодинамики с концепцией энергии в форме химических связей. Эта область обычно включает в себя расчеты таких величин, как теплоемкость, теплота сгорания, теплота образования, энтальпия, энтропия и свободная энергия. Термохимия является частью более широкой области химической термодинамики, которая изучает обмен всеми формами энергии между системой и окружением, включая не только тепло, но и различные виды работы, а также обмен веществом. При рассмотрении всех форм энергии понятия экзотермических и эндотермических реакций обобщаются до экзергонических и эндергонических реакций.

История

Термохимия основывается на двух обобщениях. В современной формулировке они выглядят следующим образом:

Закон Лавуазье и Лапласа (1780): Изменение энергии, сопровождающее любое превращение, равно по величине и противоположно по знаку изменению энергии, сопровождающему обратное превращение. Закон Гесса о постоянстве теплот суммирования (1840): Изменение энергии, сопровождающее любое превращение, остается неизменным, независимо от того, происходит ли процесс в одну или несколько стадий. Эти утверждения предшествовали первому закону термодинамики (1845) и способствовали его формулировке. Термохимия также включает в себя измерение скрытой теплоты фазовых переходов. Джозеф Блэк впервые ввел понятие скрытой теплоты в 1761 году, основываясь на наблюдении, что нагревание льда в точке плавления не приводит к повышению температуры, а вызывает его плавление. Густав Кирхгоф в 1858 году показал, что изменение теплоты реакции определяется разностью теплоемкостей продуктов и исходных веществ: dΔH / dT = ΔCp. Интегрирование этого уравнения позволяет вычислить теплоту реакции при одной температуре, используя измерения, полученные при другой температуре.

Калориметрия

Измерение тепловых изменений осуществляется с помощью калориметрии, как правило, в замкнутой камере, внутри которой происходит изучаемое изменение. Температура камеры контролируется термометром или термопарой, и зависимость температуры от времени отображается в виде графика, по которому можно вычислить основные величины. Современные калориметры часто оснащаются автоматическими устройствами для быстрого получения данных, одним из примеров которых является дифференциальный сканирующий калориметр.

Процессы

Система претерпевает процесс, когда изменяется одно или несколько её свойств. Процесс связан с изменением состояния. Изотермический (протекающий при постоянной температуре) процесс происходит, когда температура системы остаётся постоянной. Изобарический (протекающий при постоянном давлении) процесс происходит, когда давление системы остаётся постоянным. Процесс является адиабатическим, когда теплообмен отсутствует.