Термохимия — это изучение тепловой энергии, которая связана с химическими реакциями и/или фазовыми изменениями, 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 виде тепла. Термохимия полезна для прогнозирования количества реагентов и продуктов на протяжении всей реакции. В сочетании с определением энтропии он также используется для прогнозирования того, является ли реакция спонтанной или неспонтанной, 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 — это часть 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. При рассмотрении всех форм энергии понятия экзотермических и эндотермических реакций обобщаются на экзергонические реакции и эндергонические реакции .
Термохимия опирается на два обобщения. В современном понимании они таковы: [1]
Эти утверждения предшествовали первому закону термодинамики (1845 г.) и помогли в его формулировке.
Термохимия также включает измерение скрытой теплоты фазовых переходов . Джозеф Блэк уже ввел концепцию скрытого тепла в 1761 году, основываясь на наблюдении, что нагревание льда при температуре его 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 теплоемкостей продуктов и реагентов: dΔH/dT = ΔC p . Интегрирование этого уравнения позволяет оценить теплоту реакции при одной температуре на основе измерений при другой температуре. [5] [6]
Измерение тепловых изменений выполняется с помощью калориметрии , обычно в закрытой камере, внутри которой происходит исследуемое изменение. Температура камеры контролируется либо с помощью термометра , либо термопары , а температура отображается в зависимости от времени, чтобы получить график, по которому можно рассчитать фундаментальные величины. Современные калориметры часто снабжаются автоматическими устройствами для быстрого считывания информации, одним из примеров является дифференциальный сканирующий калориметр .
Некоторые термодинамические определения очень полезны в термохимии. Система — это определенная часть Вселенной, которая изучается. Все, что находится за пределами системы, считается окружением или окружающей средой. Система может быть:
Система подвергается процессу, когда одно или несколько ее свойств изменяются. Процесс связан с изменением состояния. Изотермический (однотемпературный) процесс происходит, когда температура системы остается постоянной . Изобарический процесс (при одинаковом давлении) происходит , когда давление в системе остается постоянным. Процесс является адиабатическим , если не происходит теплообмен.
