و الحرارية مقابض دراسة التعديلات الحرارة يؤديها في التفاعلات بين نوعين أو أكثر. يعتبر جزءًا أساسيًا من الديناميكا الحرارية ، الذي يدرس تحول الحرارة وأنواع أخرى من الطاقة لفهم الاتجاه الذي تتطور فيه العمليات وكيف تتنوع طاقتها.
وبالمثل ، من الضروري أن نفهم أن الحرارة تنطوي على نقل الطاقة الحرارية التي تحدث بين جسمين ، عندما يكونان في درجات حرارة مختلفة ؛ بينما الطاقة الحرارية هي التي ترتبط بالحركة العشوائية التي تمتلكها الذرات والجزيئات.
جرمين هيس ، مبتكر قانون هيس ، أساسي في الكيمياء الحرارية
لذلك ، كما هو الحال في جميع التفاعلات الكيميائية تقريبًا ، يتم امتصاص الطاقة أو إطلاقها عن طريق الحرارة ، فإن تحليل الظواهر التي تحدث من خلال الكيمياء الحرارية له أهمية كبيرة.
ماذا تدرس الكيمياء الحرارية؟
كما ذكرنا سابقًا ، تدرس الكيمياء الحرارية تغيرات الطاقة في شكل حرارة تحدث في التفاعلات الكيميائية أو عند حدوث عمليات تنطوي على تحولات فيزيائية.
بهذا المعنى ، من الضروري توضيح بعض المفاهيم داخل الموضوع من أجل فهم أفضل له.
على سبيل المثال ، يشير مصطلح "النظام" إلى الجزء المحدد من الكون الذي تتم دراسته ، مع فهم "الكون" باعتباره اعتبارًا للنظام ومحيطه (كل شيء خارج عنه).
لذلك ، يتكون النظام عمومًا من الأنواع المشاركة في التحولات الكيميائية أو الفيزيائية التي تحدث في التفاعلات. يمكن تصنيف هذه الأنظمة إلى ثلاثة أنواع: مفتوحة ومغلقة ومعزولة.
- النظام المفتوح هو النظام الذي يسمح بنقل المادة والطاقة (الحرارة) مع محيطها.
- في النظام المغلق يوجد تبادل للطاقة ولكن ليس للمادة.
- في نظام معزول ، لا يوجد نقل للمادة أو الطاقة على شكل حرارة. تُعرف هذه الأنظمة أيضًا باسم "ثابت الحرارة".
القوانين
ترتبط قوانين الكيمياء الحرارية ارتباطًا وثيقًا بقانون لابلاس ولافوازييه ، بالإضافة إلى قانون هيس ، وهما القانون الأول للديناميكا الحرارية.
يستعرض المبدأ الذي طرحه الفرنسي أنطوان لافوازييه (كيميائي ونبيل مهم) وبيير سيمون لابلاس (عالم رياضيات وفيزيائي وعالم فلك مشهور) أن "التغيير في الطاقة الذي يتجلى في أي تحول فيزيائي أو كيميائي له نفس القدر والمعنى على عكس التغيير في طاقة التفاعل العكسي ".
قانون هيس
وعلى نفس المنوال ، فإن القانون الذي صاغه الكيميائي الروسي الأصل من سويسرا ، جرمان هيس ، هو حجر الزاوية في شرح الكيمياء الحرارية.
يعتمد هذا المبدأ على تفسيره لقانون الحفاظ على الطاقة ، والذي يشير إلى حقيقة أن الطاقة لا يمكن إنشاؤها أو تدميرها ، بل يتم تحويلها فقط.
يمكن سن قانون هيس بهذه الطريقة: "المحتوى الحراري الكلي في تفاعل كيميائي هو نفسه ، سواء تم تنفيذ التفاعل في خطوة واحدة أو في سلسلة من عدة خطوات".
يُعطى المحتوى الحراري الكلي كطرح بين مجموع المحتوى الحراري للمنتجات مطروحًا منه مجموع المحتوى الحراري للمواد المتفاعلة.
في حالة التغيير في المحتوى الحراري القياسي للنظام (في ظل ظروف قياسية تبلغ 25 درجة مئوية و 1 ضغط جوي) ، يمكن تخطيطه وفقًا للتفاعل التالي:
تفاعل ΔH = ΣΔH (المنتجات) - ΣΔH (المتفاعلات)
هناك طريقة أخرى لشرح هذا المبدأ ، مع العلم أن تغيير المحتوى الحراري يشير إلى التغير في الحرارة في التفاعلات عندما تحدث عند ضغط ثابت ، وهي بالقول إن التغيير في المحتوى الحراري الصافي للنظام لا يعتمد على المسار المتبع. بين الحالة الأولية والنهائية.
القانون الأول للديناميكا الحرارية
يرتبط هذا القانون ارتباطًا جوهريًا بالكيمياء الحرارية لدرجة أنه في بعض الأحيان يتم الخلط بين القانون الذي ألهم الآخر ؛ لذلك ، لإلقاء الضوء على هذا القانون ، يجب على المرء أن يبدأ بالقول إنه متجذر أيضًا في مبدأ الحفاظ على الطاقة.
لذا فإن الديناميكا الحرارية لا تأخذ في الحسبان الحرارة فقط كشكل من أشكال نقل الطاقة (مثل الكيمياء الحرارية) ، ولكنها تتضمن أيضًا أشكالًا أخرى من الطاقة ، مثل الطاقة الداخلية (U).
لذا فإن التباين في الطاقة الداخلية للنظام (ΔU) يُعطى من خلال الاختلاف بين حالته الأولية والنهائية (كما هو موضح في قانون هيس).
مع الأخذ في الاعتبار أن الطاقة الداخلية تتكون من الطاقة الحركية (حركة الجسيمات) والطاقة الكامنة (التفاعلات بين الجسيمات) لنفس النظام ، يمكن استنتاج أن هناك عوامل أخرى تساهم في دراسة حالة وخصائص كل منها النظام.
التطبيقات
للكيمياء الحرارية تطبيقات متعددة ، سيتم ذكر بعضها أدناه:
- تحديد تغيرات الطاقة في تفاعلات معينة باستخدام مقياس الكالوري (قياس التغيرات الحرارية في بعض الأنظمة المعزولة).
- استقطاع تغيرات المحتوى الحراري في النظام ، حتى عندما لا يمكن معرفة ذلك بالقياس المباشر.
- تحليل عمليات نقل الحرارة الناتجة تجريبياً عند تكوين مركبات فلزية عضوية مع معادن انتقالية.
- دراسة تحولات الطاقة (على شكل حرارة) المعطاة بالتنسيق مع مركبات البولي أمين مع المعادن.
- تحديد المحتوى الحراري لرابطة الأكسجين المعدني لـ of-diketones و β-diketonates المرتبطة بالمعادن.
كما في التطبيقات السابقة ، يمكن استخدام الكيمياء الحرارية لتحديد عدد كبير من المعلمات المرتبطة بأنواع أخرى من الطاقة أو وظائف الحالة ، وهي تلك التي تحدد حالة النظام في وقت معين.
تستخدم الكيمياء الحرارية أيضًا في دراسة العديد من خصائص المركبات ، كما هو الحال في قياس المسعرات بالمعايرة بالتحليل الحجمي.
المراجع
- ويكيبيديا. (سادس). الكيمياء الحرارية. تعافى من en.wikipedia.org
- تشانغ ، ر. (2007). الكيمياء ، الطبعة التاسعة. المكسيك: ماكجرو هيل.
- LibreTexts. (سادس). الكيمياء الحرارية - مراجعة. تم الاسترجاع من chem.libretexts.org
- تياجي ، ب. (2006). الكيمياء الحرارية. تعافى من books.google.co.ve
- ريبيرو ، ماجستير (2012). الكيمياء الحرارية وتطبيقاتها في الأنظمة الكيميائية والبيوكيميائية. تم الحصول عليها من books.google.co.ve
- سينغ ، إن بي ، داس ، إس إس ، وسينغ ، أيه كيه (2009). الكيمياء الفيزيائية ، المجلد 2. تم الاسترجاع من books.google.co.ve