Àwọn Òfin Thermochemical nínú Fisiksi
Thermochemistry jẹ́ ẹ̀ka ìmọ̀ sáyẹ́ǹsì kan tí ó ń ṣe àgbéyẹ̀wò ìbáṣepọ̀ láàárín àwọn ìṣesí kẹ́míkà (tàbí àwọn ìyípadà ara nínú ohun kan) àti agbára ooru tí ó tẹ̀lé e. Nínú ìmọ̀ fisiksi, thermochemistry ṣiṣẹ́ gẹ́gẹ́ bí afárá pàtàkì láàárín àwọn èrò agbára, ooru, iṣẹ́, àti àwọn ìyípadà nínú ipò ohun kan. Nígbà tí ìṣesí bá ṣẹlẹ̀, agbára kìí “farahàn” tàbí “parẹ́” láìsí àmì kan. Agbára máa ń yípadà ní ìrísí: láti agbára kẹ́míkà sí ooru, tàbí ní ìkejì—a máa ń gba ooru láti fa àwọn ìyípadà kẹ́míkà. Àwọn ìlànà tí ó ń ṣàkóso èyí ni a ṣàkópọ̀ nínú àwọn òfin thermochemistry, èyí tí ó jẹ́ ìpìlẹ̀ fún ṣíṣírò ooru ìṣesí, ìṣedéédé agbára, àti pàápàá ìṣètò ètò ilé-iṣẹ́.
Àwọn Ìlànà Ìpìlẹ̀: Àwọn Ètò, Àyíká, àti Ooru Ìhùwàsí
Láti lóye àwọn òfin thermochemistry, ohun àkọ́kọ́ tí a gbọ́dọ̀ mọ̀ ni ìtumọ̀ ètò àti àyíká. Ètò ni apá àgbáyé tí a ń kẹ́kọ̀ọ́—fún àpẹẹrẹ, àwọn èròjà tí ń ṣiṣẹ́ nínú ohun èlò. Àyíká jẹ́ ohun gbogbo tí ó wà níta ètò náà. Pípàṣípààrọ̀ agbára láàárín ètò kan àti àyíká rẹ̀ sábà máa ń wáyé ní ìrísí ooru.
A sábà máa ń fi ooru ìṣesí hàn gẹ́gẹ́ bí ìyípadà nínú enthalpy, tí ΔH ṣàpẹẹrẹ. Enthalpy jẹ́ ìwọ̀n thermodynamic kan tí ó dúró fún “àkóónú agbára” ti ètò kan ní ìfúnpọ̀ tí ó dúró déédéé, ó sì wúlò gan-an nítorí pé ọ̀pọ̀lọpọ̀ ìṣesí máa ń wáyé ní ìfúnpọ̀ afẹ́fẹ́. Ní gbogbogbòò:
– Tí ètò náà bá tú ooru sí àyíká, ìṣesí náà yóò jẹ́ exothermic àti ΔH yóò jẹ́ odi (ΔH < 0). - Tí ètò náà bá fa ooru láti inú àyíká, ìṣesí náà yóò jẹ́ endothermic àti ΔH yóò jẹ́ rere (ΔH > 0).
Àpẹẹrẹ kan tí ó rọrùn nípa ìṣesí exothermic ni jíjóná epo, nígbàtí àpẹẹrẹ ìṣesí endothermic ni ìlànà photosynthesis (tí ó nílò agbára láti inú oòrùn).
Òfin Ìpamọ́ Agbára gẹ́gẹ́ bí Ìpìlẹ̀ ti Thermochemistry
Lẹ́yìn gbogbo òfin thermochemistry ni ìlànà ńlá ti fisiksi wà: Òfin Ìpamọ́ Agbára, èyí tí ó jẹ́ kókó Òfin Àkọ́kọ́ ti Thermodynamics. Òfin yìí sọ pé agbára kò le ṣẹ̀dá tàbí parun, àfi bí a ṣe le yípadà. Nínú àmì thermodynamic, ìyípadà nínú agbára inú (ΔU) ní í ṣe pẹ̀lú ooru (Q) àti iṣẹ́ (W) nípa:
ΔU = Q-W
Àmì àti ìtumọ̀ iṣẹ́ lè yàtọ̀ síra ní ìbámu pẹ̀lú àṣà, ṣùgbọ́n èrò ìpìlẹ̀ náà kan náà ni: bí ètò kan bá gba ooru, agbára inú rẹ̀ máa ń pọ̀ sí i; tí ètò náà bá ṣiṣẹ́ lórí àyíká, agbára inú rẹ̀ máa ń dínkù. Nínú ọ̀pọ̀lọpọ̀ ọ̀ràn thermochemical—pàápàá jùlọ ní ìfúnpọ̀ tí ó dúró ṣinṣin—a sábà máa ń lo enthalpy (H), kí ooru ní ìfúnpọ̀ tí ó dúró ṣinṣin lè dọ́gba pẹ̀lú ΔH.
Pẹ̀lú ìpìlẹ̀ yìí, thermochemistry kò wo àwọn ìṣesí gẹ́gẹ́ bí àwọn ìyípadà nínú ohun èlò lásán, ṣùgbọ́n gẹ́gẹ́ bí àwọn ìyípadà nínú agbára tí a lè ṣírò ní pàtó.
Òfin Hess: Ooru Ìdáhùn jẹ́ Òmìnira
Ọ̀kan lára àwọn òfin thermochemistry pàtàkì jùlọ ni Òfin Hess. Òfin yìí sọ pé gbogbo ìyípadà enthalpy ti ìṣe kan sinmi lórí ipò àkọ́kọ́ àti ìkẹ́yìn nìkan, kìí ṣe lórí ipa ọ̀nà ìṣe náà. Èyí túmọ̀ sí wípé tí ìṣe náà bá lè wáyé ní ọ̀pọ̀lọpọ̀ ìgbésẹ̀, iye ooru (ΔH) tí a ṣe tàbí tí a gbà yóò dọ́gba pẹ̀lú ooru ìṣe náà, níwọ̀n ìgbà tí àwọn ohun tí a ṣe àti àwọn ohun tí a ṣe ní ìkẹyìn bá dọ́gba.
Ní ti ìṣirò, tí a bá lè pín ìṣesí A → B sí:
– A → C (ΔH₁)
– C → B (ΔH₂)
bẹ́ẹ̀:
ΔH àpapọ̀ = ΔH₁ + ΔH₂
Òfin Hess wúlò nítorí pé ọ̀pọ̀ ìṣesí ló ṣòro láti wọn ooru ìṣesí wọn tààrà. Nípa pípín ìṣesí náà sí àwọn ìgbésẹ̀ tí a lè gbé dátà sí, a lè ṣírò ΔH láìtaara. Nínú fisiksi tí a lò àti ti ilé iṣẹ́, òfin yìí ń ran lọ́wọ́ láti sọ àsọtẹ́lẹ̀ àwọn ohun tí agbára ń béèrè fún àwọn ìlànà kẹ́míkà, bíi ìṣelọ́pọ́ ammonia, ìtúnṣe irin, àti àwọn ìṣesí nínú bátírì pàápàá.
Òfin Lavoisier–Laplace: Àwọn ìṣesí ìyípadà ní ΔH ti àmì ìtakora
Òfin thermokemika pàtàkì mìíràn ni Òfin Lavoisier–Laplace, èyí tí ó sọ pé ooru ìṣesí ti ìlànà kan dọ́gba ní ìwọ̀n ṣùgbọ́n ó lòdì sí ooru ìṣesí ìyípadà. Ní ọ̀rọ̀ mìíràn:
Tí ìṣesí bá ṣẹlẹ̀:
A → B ní ΔH = x,
lẹ́yìn náà ìhùwàpadà:
B → A ní ΔH = −x.
Ìlànà yìí dàbí ohun tó rọrùn, síbẹ̀ ó ṣe pàtàkì. Ó sọ pé àwọn ìyípadà agbára máa ń tẹ̀lé ìṣètò ipò kan: tí a bá tú iye agbára kan sílẹ̀ láti A sí B, a gbọ́dọ̀ gba iye agbára kan náà kí a tó lè padà láti B sí A. Ìlànà yìí ni a lò nínú ìwádìí àwọn ìyípo agbára, títí kan àwọn ẹ̀rọ ooru, àwọn ètò ìtútù, àti ìṣírò agbára ìsopọ̀ láàárín àwọn molecule.
Ìfẹ́ Ìṣẹ̀dá àti Ìfẹ́ Ìjóná
Láti mú kí àwọn ìṣirò thermochemical rọrùn, àwọn onímọ̀ sáyẹ́ǹsì túmọ̀ onírúurú irú enthalpies boṣewa:
1. Enthalpy boṣewa ti isọda (ΔHf°)
Èyí ni ìyípadà enthalpy nígbà tí a bá ṣẹ̀dá mole 1 ti èròjà láti inú àwọn èròjà rẹ̀ lábẹ́ àwọn ipò déédé (nígbà gbogbo 1 atm àti 25°C). Iye yìí ni "ìpìlẹ̀ ilé" nínú ṣíṣírò ΔH ti ìṣesí kan.
2. Ẹ́ńtíìpù ìjóná déédé (ΔHc°)
Ó jẹ́ ìyípadà enthalpy nígbà tí mole kan nínú ohun kan bá jóná pátápátá nínú atẹ́gùn. Ìjóná sábà máa ń jẹ́ exothermic, nítorí náà ΔHc° sábà máa ń jẹ́ negative.
Pẹ̀lú enthalpy ti data ìṣẹ̀dá, a lè ṣírò ìyípadà enthalpy ti ìṣesí nípasẹ̀:
ΔHreaction = Σ(ΔHf° ọjà) − Σ(ΔHf° reactant)
A sábà máa ń lo agbekalẹ yìí nínú kẹ́mísírì ara àti fisíkírì kẹ́míkà, pàápàá jùlọ nígbà tí a bá ń kẹ́kọ̀ọ́ nípa àwọn ìṣesí lábẹ́ àwọn ipò tí ó súnmọ́ déédé.
Kalorimetry: Bawo ni a ṣe le wọn ooru ti iṣesiṣe
Àwọn òfin thermochemistry kìí ṣe ti ìmọ̀-ẹ̀rọ nìkan ni, a tún lè dán an wò nípa ìwádìí. Ọ̀nà pàtàkì fún wíwọ̀n ooru ìṣesí ni calorimetry, èyí tí í ṣe wíwọ̀n ìyípadà ooru nípa lílo calorimeter.
Nínú ìwádìí kalori tó rọrùn, ooru tí ìhùwàpadà kan tú jáde tàbí tí ó gbà á yóò yí iwọ̀n otútù omi tàbí àwọn ohun èlò mìíràn padà. Ìbáṣepọ̀ pàtàkì ni:
Q = mc ΔT
pẹlu:
– Q = ooru (Awọn Joules)
– m = ìwọ̀n (kg tàbí g)
– c = ooru pàtó kan (J/kg·K tàbí J/g·°C)
– ΔT = ìyípadà nínú iwọn otutu
Nínú calorimeter bomb, ìṣesí ìjóná náà máa ń wáyé nínú àpótí tí a ti sé, tí ó ń mú kí ìwọ̀n rẹ̀ dúró déédéé. Èyí ní í ṣe pẹ̀lú ìyípadà nínú agbára inú (ΔU), ṣùgbọ́n a lè yípadà sí ΔH tí ó bá pọndandan.
Ibamu ninu Fisiksi ati Igbesi aye Gidi
Ìmọ̀-ẹ̀rọ Thermochemistry ní ipa tó gbòòrò nínú ìmọ̀-ẹ̀rọ fisiksi tó wúlò. Nínú ìmọ̀-ẹ̀rọ, ó ń ran lọ́wọ́ láti mọ iye agbára epo, èyí tó ṣe pàtàkì fún ìṣẹ̀dá agbára, ẹ̀rọ ọkọ̀, àti ìṣàyẹ̀wò agbára tó ń ṣiṣẹ́ dáadáa. Nínú ìmọ̀-ẹ̀rọ ohun èlò, thermochemistry ṣàlàyé ìdí tí àwọn ìṣesí kan nínú ṣíṣe símẹ́ǹtì, irin, tàbí seramiki fi nílò ìwọ̀n otútù gíga àti agbára tó pọ̀. Nínú ìmọ̀-ẹ̀rọ àyíká, ṣíṣírò ooru ìjóná jẹ́ pàtàkì sí àwọn ìtújáde gaasi eefin àti àwọn ọgbọ́n láti dín ipa ìgbóná ayé kù.
Kódà nínú ìmọ̀ nípa ẹ̀dá alààyè, thermochemistry ṣàlàyé bí ara ṣe ń gba agbára láti inú oúnjẹ nípasẹ̀ àwọn ìṣesí ìṣẹ̀dá ara tí ó jẹ́ àwọn ìṣesí kẹ́míkà exothermic tí a ń ṣàkóso ní pàtàkì.
Penutup
Àwọn òfin thermochemistry nínú fisiksi tẹnumọ́ pé àwọn ìṣesí kẹ́míkà àti àwọn ìyípadà ti ara sábà máa ń ní í ṣe pẹ̀lú àwọn ìyípadà agbára tí a lè wọ̀n. Ní ìbámu pẹ̀lú ìpamọ́ agbára, òfin Hess, àti òfin Lavoisier–Laplace, a lè ṣírò àti sọtẹ́lẹ̀ ooru ìṣesí, méjèèjì fún òye àwọn ìṣẹ̀lẹ̀ àdánidá àti ṣíṣe àgbékalẹ̀ àwọn ìlànà ilé-iṣẹ́. Thermochemistry kìí ṣe àkójọpọ̀ àwọn fọ́múlà lásán, ṣùgbọ́n ojú ìwòye sáyẹ́ǹsì tí ó fihàn pé gbogbo ìyípadà nínú ohun èlò ní “iye owó” tàbí “èrè” agbára nígbà gbogbo. Lílóye àwọn òfin wọ̀nyí túmọ̀ sí lílóye ọ̀kan lára àwọn ìpìlẹ̀ pàtàkì ti ìbáṣepọ̀ láàrín ohun èlò àti agbára ní àgbáyé.
Tí o bá fẹ́, mo lè fi àpẹẹrẹ ìṣirò ΔH kún un nípa lílo òfin Hess tàbí dátà ΔHf°, pẹ̀lú àwọn ìgbésẹ̀.
