Calorimetre

presiune constantă

Introducere

În studierea proceselor chimice, o mare parte din atenția noastră se concentrează în general asupra proprietăților substanțelor implicate. Cu toate acestea, astfel de procese cuprind, de asemenea, modificări distincte în starea sistem investighăm, modificările care afectează ansamblul energie de o sistem. Pentru a înțelege clar ceea ce tocmai a fost declarat, trebuie să ne familiarizăm cu câțiva termeni. Unul dintre primii termeni menționați a fost „sistem„Și aceasta este definită în mod specific ca regiunea universului pe care îl investigăm. Pe de altă parte, orice altceva, în afară de sistemul în sine, este definit ca împrejurimi. În întregime, starea sistemului este specificat de o serie de variabile, inclusiv temperatura, presiunea, volumul și chiar compoziția chimică. O discuție mai amplă despre acestea energie relațiile pot fi găsite în capitolul 6 al manualului dvs.

Energie și puțină muncă

Când un sistem suferă oricare chimic sau schimbare fizica, energie internă (ΔE) al sistemului este egal cu căldură (q) câștigat, sau eliberat, plus munca (w) realizat pe sau de către sistem. Prezentată ca o relație matematică mai jos, aceasta este baza pentru definiția Prima lege a termodinamicii care afirmă practic că energia universului este constantă.

Prin urmare, referindu-ne la ecuația de mai sus, putem vedea că energie de o sistem poate crește fie când căldură se adaugă (+ q) la sistem, sau când muncă se face pe sistem (+ w).

Continuând cu ecuația noastră inițială, sisteme sunt uneori studiate sub presiune constantă. Când acesta este cazul, ecuația noastră poate fi manipulată pentru a da naștere la relația prezentată acum. NOTĂ: Indicele p indică presiune constantă.

Valoarea lui q P în această ecuație este importantă. În mod specific, această valoare este cantitatea de căldură absorbită sau degajată de un sistem la presiune constantă și este denumită căldura de reacție sau, mai frecvent, entalpia de reacție (ΔH). Înlocuind noua noastră variabilă ΔH cu vechea noastră variabilă qPand rearanjând a doua ecuație ajungem în sfârșit la o relație pe care o veți vedea din nou și din nou.

Să privim rapid un pic mai adânc în această ecuație. Așa cum este cazul acestui laborator, o majoritate a chimiei implică reacții în soluție în care nu se formează produse gazoase. Cu alte cuvinte, în aceste condiții presiunea rămâne constantă (lucrăm în soluție) și nu există nicio modificare a volumului (nu se elimină gazul). Astfel, atunci când acesta este cazul, ΔH este o cantitate destul de utilă, deoarece este egală cu modificarea energiei sistemului la presiune constantă.

Căldură

Cantitatea de căldură (q) necesar pentru a crește temperatura unui anumit sistem este un proprietate extinsă. Depinde de cantitatea de material prezent, precum și de compoziția chimică a substanței și de cât de mult se schimbă temperatura. Matematic, acest lucru poate fi exprimat în unul din cele două moduri. Prima expresie, prezentată mai jos în stânga, se referă la numărul de moli de material (n) în timp ce a doua expresie, mai jos în dreapta, încorporează masa materialului (m).

Variabilele C și c sunt de fapt diferite, nu există o greșeală de scriere! În prima expresie, C este capacitatea de căldură molară dat în general în unități de J/mol • K, și c în ultima expresie este capacitate termică specifică a materialului investigat care are unități de J/g • K. În ambele ecuații, ΔT este modificarea temperaturii în care poate fi Kelvin sau Celsius, nu contează. Cu toate acestea, întrebarea pe care v-o prezentăm este de ce nu? În cele din urmă, pentru a determina entalpia (ΔH), căldura (q) unei anumite reacții este împărțită la numărul de moli (n) de material implicat în reacție:

Definițiile formale ale celor două constante descrise mai sus includ:

În special, valorile pentru aceste constante depind de identitatea materialului, de starea materialului, și bineînțeles temperatura acestuia. Mai jos este un tabel cu valorile pe care aceste constante le iau pentru diferite stări și temperaturi ale apei. Este important să rețineți că, pentru intervalul de temperaturi ale apei lichide, valoarea rămâne destul de constantă la două cifre semnificative.