Thermochemie
Thermochemie is de studie van de energie en warmte die te maken heeft met chemische reacties en fysische transformaties (fysische veranderingen). Fysieke transformaties zijn wanneer een toestand van materie (een vaste of vloeibare, bijvoorbeeld) verandert in een andere toestand. Voorbeelden van transformaties zijn het smelten (wanneer een vaste stof een vloeistof wordt) en het koken (wanneer een vloeistof een gas wordt).
Een reactie geeft of neemt energie op. Een fysieke transformatie geeft ook energie uit of neemt energie op. De thermochemie kijkt naar deze energieveranderingen, met name naar de energie-uitwisseling van een systeem met zijn omgeving. Thermochemie is nuttig bij het voorspellen van de hoeveelheid reactanten en producten tijdens een bepaalde reactie. Thermochemici doen dit door gebruik te maken van gegevens, waaronder entropiebepalingen. Thermochemici vertellen of een reactie spontaan of niet-spontaan, gunstig of ongunstig is.
Endotherme reacties nemen warmte op. Exotherme reacties geven warmte af. Thermochemie combineert de concepten van de thermodynamica met het idee van energie in de vorm van chemische bindingen. Het omvat berekeningen van hoeveelheden als warmtecapaciteit, verbrandingswarmte, vormwarmte, enthalpie, entropie, vrije energie en calorieën.
De eerste ijscalculator ter wereld, gebruikt in de winter van 1782-83, door Antoine Lavoisier en Pierre-Simon Laplace. Het werd gebruikt om de hitte te vinden die in verschillende chemische veranderingen evolueerde. Deze berekeningen waren gebaseerd op Joseph Black's eerdere ontdekking van latente warmte. Deze experimenten begonnen met thermochemie.
Geschiedenis
Thermochemie begon met twee ideeën:
- Lavoisier en Laplace's wet (1780): De energieverandering voor elke transformatie is gelijk en tegengesteld aan de energieverandering voor het omgekeerde proces.
- Hess' wet (1840): De energieverandering voor elke transformatie is hetzelfde, of het nu gaat in één stap of in vele.
Deze ontdekkingen kwamen voor de eerste wet van de thermodynamica (1845). Ze hielpen wetenschappers deze wet te begrijpen.
Edward Diaz en Hess onderzochten specifieke warmte en latente warmte. Joseph Black ontwikkelde het concept van latente energieveranderingen.
Gustav Kirchhoff liet in 1858 zien dat verandering in de hitte van de reactie wordt veroorzaakt door het verschil in warmtecapaciteit tussen producten en reactanten: ∂ Δ H ∂ T = Δ C p {\\\\Delta H} \over partiële T==Delta C_{p} 
. De integratie van deze vergelijking maakt het mogelijk om de warmte van de reactie bij de ene temperatuur te evalueren aan de hand van metingen bij een andere temperatuur.
Calorimetrie
Het meten van warmteveranderingen wordt calorimetrie genoemd. Het meet de warmte van chemische reacties of fysieke veranderingen. Een calorimeter, een apparaat voor calorimetrie, is meestal een gesloten kamer.
Calorimetrie heeft deze stappen: Scheikundigen laten de verandering in de kamer gebeuren. De temperatuur van de kamer wordt gemeten met behulp van een thermometer of thermokoppel. De temperatuur wordt uitgezet tegen de tijd om een grafiek te geven. Scheikundigen gebruiken de grafiek om fundamentele hoeveelheden te berekenen.
Moderne calorimeters hebben kleine computers die de temperatuur meten en snel de berekende gegevens geven. Een voorbeeld is een differentiële scancalorimeter (DSC).
Systemen
Verschillende thermodynamische definities zijn zeer nuttig in de thermochemie. Een "systeem" is het specifieke deel van het universum dat wordt bestudeerd. Alles buiten het systeem wordt beschouwd als de omgeving of de omgeving. Een systeem kan dat zijn:
- een geïsoleerd systeem - wanneer het geen energie of materie kan uitwisselen met de omgeving, zoals bij een geïsoleerde bomcalorimeter;
- een gesloten systeem - wanneer het energie kan uitwisselen, maar niet van belang is voor de omgeving, zoals bij een stoomstraler;
- een open systeem - als het zowel materie als energie kan uitwisselen met de omgeving, een pot met kokend water bijvoorbeeld.
Processen
Een systeem ondergaat een "proces" wanneer een of meer van zijn eigenschappen (kenmerken) veranderen. Een proces heeft betrekking op (verbindt zich met) de verandering van toestand. Een isothermisch (zelfde temperatuur) proces vindt plaats wanneer de temperatuur van het systeem gelijk blijft. Een isobarisch (zelfde druk) proces vindt plaats wanneer de druk van het systeem gelijk blijft. Een adiabatisch (geen warmte-uitwisseling) proces vindt plaats als er geen warmte wordt verplaatst.
Gerelateerde pagina's
- Belangrijke publicaties in de thermochemie
- Isodetische reactie
- Principe van maximaal werk
- Reactie Calorimeter
- Thomsen-Berthelot-principe
- Julius Thomsen
- Thermodynamische databanken voor zuivere stoffen
- Calorimetrie
- Thermische fysica
Vragen en antwoorden
V: Wat is thermochemie?
A: Thermochemie is de studie van energie en warmte in verband met chemische reacties en fysische transformaties.
V: Wat zijn enkele voorbeelden van fysische transformaties?
A: Voorbeelden van fysische transformaties zijn smelten (wanneer een vaste stof een vloeistof wordt) en koken (wanneer een vloeistof een vloeistof wordt).
V: Hoe helpt de thermochemie bij het voorspellen van hoeveelheden reactanten en producten?
A: Thermochemici gebruiken gegevens, waaronder entropiebepalingen, om de hoeveelheden reactant en product op elk moment tijdens een bepaalde reactie te voorspellen.
V: Zijn endotherme reacties gunstig of ongunstig?
A: Endotherme reacties zijn ongunstig.
V: Zijn exotherme reacties gunstig of ongunstig?
A: Exotherme reacties zijn gunstig.
V: Welke concepten combineert de thermochemie?
A: De thermochemie combineert de concepten van de thermodynamica met het idee van energie in de vorm van chemische bindingen.
V: Welke soorten berekeningen maken thermochemici?
A: Thermochemici maken berekeningen zoals warmtecapaciteit, verbrandingswarmte, vormingswarmte, enthalpie, entropie, vrije energie en calorieën.
