Термохимия — это изучение тепловой энергии, которая связана с химическими реакциями и/или фазовыми переходами, такими как плавление и кипение . Реакция может выделять или поглощать энергию, и фазовый переход может делать то же самое. 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 определениями энтропии она также используется для прогнозирования того, является ли реакция спонтанной или не спонтанной, благоприятной или неблагоприятной.
Эндотермические реакции поглощают тепло, а экзотермические реакции выделяют тепло. Термохимия объединяет понятия термодинамики с понятием энергии в форме химических связей. Предмет обычно включает расчеты таких величин, как теплоемкость , теплота сгорания , теплота образования , энтальпия , энтропия и свободная энергия .
Термохимия является частью более широкой области химической термодинамики , которая занимается обменом всеми формами энергии между системой и окружающей средой, включая не только тепло, но и различные формы работы , а также обмен веществом. Когда рассматриваются все формы энергии, концепции экзотермических и эндотермических реакций обобщаются до экзергонических реакций и эндергонических реакций .
Термохимия опирается на два обобщения. В современных терминах они таковы: [1]
Эти утверждения предшествовали первому закону термодинамики (1845) и помогли в его формулировке.
Термохимия также включает измерение скрытой теплоты фазовых переходов . Джозеф Блэк уже ввел концепцию скрытой теплоты в 1761 году, основываясь на наблюдении, что нагревание льда до точки плавления не повышает температуру, а вместо этого вызывает таяние некоторого количества льда. [4]
Густав Кирхгоф показал в 1858 году, что изменение теплоты реакции определяется разницей в теплоемкости продуктов и реагентов: dΔH / dT = ΔC p . Интеграция этого уравнения позволяет оценить теплоту реакции при одной температуре по измерениям при другой температуре. [5] [6]
Измерение тепловых изменений выполняется с помощью калориметрии , обычно закрытой камеры, внутри которой происходит исследуемое изменение. Температура камеры контролируется либо с помощью термометра , либо термопары , а температура наносится на график в зависимости от времени, чтобы получить график, из которого можно рассчитать основные величины. Современные калориметры часто снабжаются автоматическими устройствами для обеспечения быстрого считывания информации, одним из примеров является дифференциальный сканирующий калориметр .
Несколько термодинамических определений очень полезны в термохимии. Система — это определенная часть вселенной, которая изучается. Все, что находится вне системы, считается окружением или средой. Система может быть:
Система подвергается процессу, когда одно или несколько ее свойств изменяются. Процесс относится к изменению состояния. Изотермический (однотемпературный) процесс происходит, когда температура системы остается постоянной. Изобарический (однодавление) процесс происходит, когда давление системы остается постоянным. Процесс является адиабатическим , когда не происходит теплообмена.
