Termochimica
La termochimica è lo studio dell'energia e del calore a che fare con le reazioni chimiche e le trasformazioni fisiche (cambiamenti fisici). Le trasformazioni fisiche sono quando uno stato della materia (un solido o un liquido, per esempio) cambia in un altro stato. Esempi di trasformazioni sono la fusione (quando un solido diventa un liquido) e l'ebollizione (quando un liquido diventa un gas).
Una reazione emette o assorbe energia. Anche una trasformazione fisica emette o assorbe energia. La termochimica guarda a questi cambiamenti energetici, in particolare allo scambio energetico di un sistema con l'ambiente circostante. La termochimica è utile per prevedere le quantità di reagente e di prodotto in ogni momento durante una data reazione. I termochimici fanno questo utilizzando i dati, comprese le determinazioni di entropia. I termochimici diranno se una reazione è spontanea o non spontanea, favorevole o sfavorevole.
Le reazioni endotermiche assumono calore. Le reazioni esotermiche emettono calore. La termochimica combina i concetti della termodinamica con l'idea di energia sotto forma di legami chimici. Essa comprende il calcolo di quantità quali la capacità termica, il calore di combustione, il calore di formazione, l'entalpia, l'entropia, l'energia libera e le calorie.
Il primo calorimetro al mondo, utilizzato nell'inverno del 1782-83 da Antoine Lavoisier e Pierre-Simon Laplace. Fu utilizzato per trovare il calore evolutosi in vari cambiamenti chimici. Questi calcoli si basavano sulla precedente scoperta di Joseph Black del calore latente. Questi esperimenti iniziarono la termochimica.
Storia
La termochimica è iniziata con due idee:
- Legge di Lavoisier e Laplace (1780): Il cambiamento di energia per qualsiasi trasformazione è uguale e opposto al cambiamento di energia per il processo inverso.
- Legge di Hess (1840): Il cambiamento di energia per ogni trasformazione è lo stesso, sia che avvenga in un solo passo o in molti.
Queste scoperte sono avvenute prima della prima legge della termodinamica (1845). Esse aiutarono gli scienziati a comprendere questa legge.
Edward Diaz e Hess hanno studiato il calore specifico e il calore latente. Joseph Black ha sviluppato il concetto di cambiamenti energetici latenti.
Gustav Kirchhoff ha mostrato nel 1858 che il cambiamento nel calore di reazione è dato dalla differenza di capacità termica tra prodotti e reagenti: ∂ Δ H ∂ T = Δ C p {\proprio stile di visualizzazione {{\parziale \Delta H} # sopra la parziale T = Delta C = Delta C = Delta C = Delta C = Delta C = Delta C = Delta C = Delta C = Delta C = Delta C = Delta C = Delta C = Delta C = Delta C 
. L'integrazione di questa equazione permette la valutazione del calore di reazione ad una temperatura da misurazioni ad un'altra temperatura.
Calorimetria
La misura delle variazioni di calore è chiamata calorimetria. Essa misura il calore delle reazioni chimiche o dei cambiamenti fisici. Un calorimetro, un dispositivo per la calorimetria, è di solito un dispositivo chiuso in camera.
La calorimetria ha questi passi: I chimici fanno in modo che il cambiamento avvenga all'interno della camera. La temperatura della camera viene misurata con un termometro o una termocoppia. La temperatura viene tracciata in funzione del tempo per fornire un grafico. I chimici usano il grafico per calcolare le grandezze fondamentali.
I calorimetri moderni hanno piccoli computer che misurano la temperatura e forniscono rapidamente i dati calcolati. Un esempio è un calorimetro a scansione differenziale (DSC).
Sistemi
Diverse definizioni termodinamiche sono molto utili in termochimica. Un "sistema" è la sezione specifica dell'universo che si sta studiando. Tutto ciò che è al di fuori del sistema è considerato l'ambiente o l'ambiente circostante. Un sistema può essere:
- un sistema isolato - quando non può scambiare energia o materia con l'ambiente circostante, come nel caso di un calorimetro a bomba isolato;
- un sistema chiuso - quando può scambiare energia ma non importa con l'ambiente circostante, come nel caso di un radiatore a vapore;
- un sistema aperto - quando può scambiare sia la materia che l'energia con l'ambiente circostante, ad esempio una pentola di acqua bollente.
Processi
Un sistema subisce un "processo" quando una o più delle sue proprietà (caratteristiche) cambia. Un processo si riferisce (si collega) al cambiamento di stato. Un processo isotermico (stessa temperatura) avviene quando la temperatura del sistema rimane la stessa. Un processo isobarico (stessa pressione) avviene quando la pressione del sistema rimane la stessa. Un processo adiabatico (nessuno scambio di calore) avviene quando il calore non si muove.
Pagine correlate
- Importanti pubblicazioni in termochimica
- Reazione isodesmica
- Principio del massimo lavoro
- Calorimetro di reazione
- Principio di Thomsen-Berthelot
- Julius Thomsen
- Banche dati termodinamiche per sostanze pure
- Calorimetria
- Fisica termica
Domande e risposte
D: Che cos'è la termochimica?
R: La termochimica è lo studio dell'energia e del calore legati alle reazioni chimiche e alle trasformazioni fisiche.
D: Quali sono alcuni esempi di trasformazioni fisiche?
R: Gli esempi di trasformazioni fisiche includono la fusione (quando un solido diventa liquido) e l'ebollizione (quando un liquido diventa liquido).
D: In che modo la termochimica aiuta a prevedere le quantità di reagenti e prodotti?
R: I termochimici utilizzano i dati, comprese le determinazioni dell'entropia, per prevedere le quantità dei reagenti e dei prodotti in ogni momento di una determinata reazione.
D: Le reazioni endotermiche sono favorevoli o sfavorevoli?
R: Le reazioni endotermiche sono sfavorevoli.
D: Le reazioni esotermiche sono favorevoli o sfavorevoli?
R: Le reazioni esotermiche sono favorevoli.
D: Quali concetti combina la termochimica?
R: La termochimica combina i concetti della termodinamica con l'idea di energia sotto forma di legami chimici.
D: Quali tipi di calcoli fanno i termochimici?
R: I termochimici eseguono calcoli come la capacità termica, il calore di combustione, il calore di formazione, l'entalpia, l'entropia, l'energia libera e le calorie.
