Termodinamica chimică
Căldură și muncă
Munca și căldura pot fi descrise ambele folosind aceeași unitate de măsură. Uneori caloria este unitatea de măsură și se referă la cantitatea de căldură necesară pentru a crește un (1) gram de apă cu un (1) grad Celsius. Energia termică este măsurată în kilocalorii sau 1000 de calorii. De obicei, folosim unitățile SI Joule (J) și kilojoule (kJ). O calorie de căldură este echivalentă cu 4.187 J. Veți întâlni, de asemenea, termenul de căldură specifică, căldura necesară pentru a crește un (1) gram dintr-un material de un (1) grad Celsius. Căldura specifică, dată de simbolul „C”, este în general definită ca:
C = căldură specifică în cal/g- ° C
q = căldură adăugată în calorii,
m = masa în grame
ΔT = creșterea temperaturii materialului în ° C.
Valoarea a C pentru apă este 1,00 cal/g- ° C.
Valorile pentru căldura specifică care sunt raportate în literatură sunt de obicei listate la o anumită presiune și/sau volum și trebuie să acordați atenție acestor setări atunci când utilizați valori din manuale în probleme sau modele de computer.
Exemplu de problemă: Dacă o substanță de 2,34 g la 22 ° C cu o căldură specifică de 3,88 cal/g- ° C este încălzită cu 124 cal de energie, care este noua temperatură a substanței?
Alte două variabile comune de căldură sunt căldura de fuziune și căldura de vaporizare. Căldura de fuziune este căldura necesară pentru a topi o substanță la temperatura de topire, în timp ce căldura de vaporizare este căldura necesară pentru evaporarea substanței la punctul său de fierbere.
Munca chimică este în primul rând legată de cea de expansiune. În fizică, munca este definită ca:
w = lucru, în jouli (N × m) (sau calorii, dar folosim în principal unități SI)
d = distanța în metri
f = forță opusă în Newtoni (kg * m/s 2)
În reacțiile chimice, munca este în general definită ca:
w = distanța × (aria × presiunea)
Valoarea zonei distanței ori este de fapt volumul. Dacă ne imaginăm o reacție care are loc într-un recipient cu un anumit volum, măsurăm munca de presiune ori de schimbarea volumului. w = ΔV × P
ΔV este modificarea volumului, în litri
Dacă ΔV = 0, atunci nu se lucrează.
Exemplu de problemă: Calculați munca care trebuie făcută la temperatura și presiunea standard (STP este 0 ° C și 1 atm) pentru a face loc produselor de ardere a octanului:
| Răspuns: |
| Știind că 25 de moli de gaz sunt înlocuiți cu 34 de moli de gaz în această reacție, putem calculați o creștere netă de 9 moli de gaz. Cunoașterea volumului molar al unui gaz ideal la STP (22,4 L/mol), se poate calcula modificarea volumului și munca de expansiune dV = 9 moli ∗ 22,4 L/mol = 202 L Presiunea externă este de 1,0 atm (presiune standard), deci lucrarea necesară este: w = dV ∗ P = 202 L ∗ 1,00 atm = 202 l-atm Folosind factorul de conversie de 1 L-atm = 101 J, cantitatea de lucru în jouli este: w = 202 L-atm ∗ 101 j/L-atm = 2000 J, sau 2kJ de energie |
Energie
ΔE este schimbarea energiei interne a unui sistem
q este căldura care curge în sistem
w este munca efectuată de sistem
Dacă q este pozitiv, spunem că reacția este endotermă, adică căldura curge în reacție din mediul exterior. Dacă q este negativ, atunci reacția este exotermă, adică căldura se degajă în împrejurimile exterioare.
S-ar putea să vă amintiți, de asemenea, termenii de energie cinetică și energie potențială. Energia cinetică este energia mișcării - cantitatea de energie dintr-un obiect care se mișcă. Energia potențială este energie staționară, stocată. Dacă vă gândiți la o minge așezată pe marginea unei mese, ea are energie potențială în energia posibilă dacă cade de pe masă. Energia potențială poate fi transformată în energie cinetică dacă și când mingea se rostogolește de pe masă și este în mișcare. Energia totală a sistemului este definită ca suma energiilor cinetice și potențiale.