Termoquímica

A termoquímica é o estudo da energia e do calor que são convertidos em reações químicas. A energia pode ser liberada ou absorvida durante uma reação ou transição de fase . A termoquímica foca na quantificação da troca de energia, principalmente na troca entre o sistema e o meio ambiente . A termoquímica é usada para prever as quantidades de reagentes e produtos em uma reação. Em combinação com a determinação de entropia, também pode ser usado para prever se uma reação ocorrerá espontaneamente ou não.

As reações endotérmicas absorvem o calor do ambiente, enquanto as reações exotérmicas liberam calor. A termoquímica combina os conceitos da termodinâmica com o conceito de energia na forma de ligações químicas. O tópico geralmente inclui cálculos de grandezas como capacidade térmica , entalpia de reação , entropia , entalpia livre e energia.

história

O primeiro calorímetro de gelo do mundo , usado por Antoine Lavoisier e Pierre-Simon Laplace no inverno de 1782-83 para determinar as entalpias de vários processos químicos.

A termoquímica é baseada em duas suposições de modelo. Em uma formulação moderna, isso pode ser expresso da seguinte forma:

1. O postulado de Lavoisier e Laplace (1780): A quantidade de energia convertida em qualquer conversão é igual à quantidade negativa de energia na conversão oposta.
2. O teorema de Hess (1840): A alteração na entalpia de uma reacção depende apenas do estado inicial e final, e não sobre a maneira pela qual eles foram alcançados.

Essas suposições foram as precursoras da primeira lei da termodinâmica (1845) e tornaram possível sua formulação.

Lavoisier, Laplace e Hess também estiveram envolvidos na definição da capacidade de calor específico e do calor latente , embora Joseph Black tenha feito as contribuições finais para o desenvolvimento do conceito de transporte de calor latente.

Gustav Kirchhoff mostrou em 1858 que a mudança na entalpia de reação é dada pela mudança na capacidade térmica dos reagentes aos produtos:

${\ displaystyle {\ frac {\ mathrm {d} H} {\ mathrm {d} T}} = C _ {\ mathrm {p}}}$.

A integração desta equação permite a avaliação da entalpia de reação em uma temperatura a partir dos resultados da medição em outra temperatura.

Calorimetria

A determinação das mudanças de entalpia é realizada por meio de calorimetria , geralmente em um recipiente fechado onde ocorre o processo a ser observado. A temperatura do recipiente é monitorada por um termômetro ou termopar e registrada em função do tempo. Os calorímetros modernos são geralmente equipados com sensores digitais e software para disponibilizar os resultados para avaliação rapidamente. Um exemplo disso é a calorimetria diferencial dinâmica ( calorimetria de varredura diferencial , ou DSC para breve ).

Sistemas

Várias definições termodinâmicas podem ser muito úteis em termoquímica. Um sistema é definido exatamente como aquela parte do universo que deve ser analisada. Tudo fora do sistema é definido como um ambiente . Exemplos de um sistema são:

• um sistema (completamente) isolado , que não pode trocar energia nem matéria com o meio ambiente, em primeira aproximação um calorímetro de bomba
• um sistema isolado termicamente que não pode trocar calor nem matéria, mas trabalho mecânico, por exemplo, um pistão ou um balão
• um sistema isolado mecanicamente que não pode trocar trabalho mecânico nem matéria, mas calor, por exemplo, um calorímetro de bomba aberta
• um sistema aberto que pode trocar livremente matéria e energia com o meio ambiente, por exemplo, uma panela de água fervente

Processos

Um sistema está sujeito a um processo quando uma ou mais de suas propriedades termodinâmicas mudam. Um processo sempre está relacionado à mudança de estado . Um processo isotérmico ocorre quando a temperatura do sistema permanece a mesma. Um processo isobárico ocorre quando a pressão do sistema permanece constante. Uma fala de um adiabática processo quando não há troca de calor com o meio ambiente.

Evidência individual

1. ^ Pierre Perrot: A a Z da termodinâmica . Oxford University Press, Oxford; New York 1998, ISBN 0-19-856556-9 . 
2. ^ Frederick Hutton Getman: Esboços da química teórica . John Wiley & sons, New York 1918, p. 290 ( visualização limitada na Pesquisa de Livros do Google). 
3. ^ Peter W. Atkins, Julio De Paula: Química física . 5ª edição. Wiley-VCH, Weinheim 2013, ISBN 978-3-527-33247-2 , pp. 75 .