Cum măsurăm energia?

termodinamică

Mai jos este o diagramă care rezumă unele unități de energie (jouli, electroni volți, calorii, BTU) și altele care sunt strâns legate de energie.

Termodinamica chimică este relația dintre schimbările de energie și substanțele chimice. Energia ia multe forme, inclusiv căldură, lumină, muncă, energie cinetică, energie potențială. Energia poate fi stocată în legături chimice.

Prima lege

Energia este conservată. În circumstanțe normale, cantitatea totală de energie este constantă. Deoarece există atât de multe forme diferite de energie, este dificil să măsurăm energia totală într-un sistem, dar putem măsura schimbările de energie.

E = Efinal - Einitial

Rețineți că schimbarea energiei este pozitivă atunci când starea finală are mai multă energie decât starea inițială. Energia poate fi mărită adăugând energie termică (q) sau lucrând (w) la sistem.

E = q + w

Când se adaugă căldură la sistem, acesta are un semn pozitiv și numim schimbarea endotermică. Când este eliberat de sistem, are un semn negativ și îl numim exoterm. (Aceeași convenție de semnare este valabilă și pentru muncă.)

Temperatura

Capacitate de căldură

Capacitatea de căldură (C) măsoară energia stocată într-o substanță pe măsură ce temperatura acesteia crește.

Capacitatea termică specifică este definită ca cantitatea de energie termică necesară pentru creșterea temperaturii unei substanțe cu 1 grade Celsius.

q = m x C x T

Ce este munca? (Nu, studierea chimiei este distractiv!)

lucru = forță x distanță

Când discutăm lucrările efectuate pe gaze, raportăm munca la presiune (P) și volum (V).

w = -PV

Entalpia

Pentru procesele de presiune constantă, putem raporta schimbarea căldurii la entalpia (H). Din ecuația de mai jos puteți vedea că schimbarea energiei este aceeași cu schimbarea entalpiei atunci când atât presiunea cât și volumul sunt constante. Acesta este cazul (sau destul de aproape) pentru majoritatea reacțiilor în faze condensate.

qp = E + PV = H

Există modificări de entalpie care însoțesc schimbările de stare, de exemplu:

H2O (g) H2O (l) --------- H = -44 kJ/mol

Modificarea entalpiei unei reacții (Hrxn) este diferența entapiilor de formare a produselor și a reactanților.

Hrxn = Hproducts - Hreactants

Când o reacție este efectuată ca o serie de pași, Hrxn pentru reacția generală va fi suma Hrxn individual pentru fiecare etapă.

Energie Bond

Un fel de aproximativ entalpia unei reacții de ardere este de a privi legăturile care se rup și se formează pe măsură ce reactanții formează produse. Pentru aceasta folosim energii de legătură medii. Unitățile sunt kJ/mol.