Termokjemi omfatter energiforandringer i kjemiske reaksjoner. En kjemisk reaksjon gir ikke bare nye stoffer, men reaksjonen krever også eller gir energi. Noen ganger er det energien vi er interessert i og ikke de nye stoffene. Slike reaksjoner skjer i et batteri og i en ovn.
termokjemi
Termokjemiske systemer
Vi ser på en reaksjon som foregår i et kar. I termokjemien vil vi kalle karet og innholdet for systemet. Systemet er adskilt fra omgivelsene. Et åpent system kan utveksle både varme og masse med omgivelsene. Et lukket system kan utveksle varme med omgivelsene, men ikke masse. Et isolert system kan verken utveksle varme eller masse med omgivelsene.
Energi og arbeid
Energi kommer i mange former. Varme er energi som utveksles mellom systemet og omgivelsene på grunn av temperaturforskjellen mellom systemet og omgivelsene. I termokjemi er varme en form for energi som utveksles på grunn av en temperaturforskjell.
Ordet arbeid har også mange betydninger. Men i termokjemien er det som oftest arbeid i form av volumarbeid slik som i en dampmaskin eller en forbrenningsmotor. Om elektrisk arbeid se elektrokjemi.
Tilstandsfunksjoner
Tilstanden i systemet er karakterisert av verdien av forskjellige tilstandsfunksjoner. Noen er godt kjent også utenfor termokjemien, som trykk (P), volum (V) og temperatur (T). Temperatur måles som regel i kelvin.
Andre verdier er spesielle for termokjemien, som den indre energi (U), entropi (S), entalpi (H) og gibbsenergi (G). Indre energi, entalpi og gibbsenergi er gitt i energienheter som i SI-systemet er joule (J). Enheten for entropi er J/K (joule per kelvin).
H = U + PV og G = H – TS
Entalpien H og gibbsenergien G er innført for å gjøre ligninger enklere. Vi skal se på to eksempler.
Når det skjer en endring i systemet på grunn av en prosess, for eksempel en kjemisk reaksjon, vil tilstandsfunksjonene kunne endre verdi. Vi er særlig interessert i prosesser i lukkete systemer hvor temperaturen er den samme før og etter prosessen.
Endring i entalpi
Endringen i entalpien (ΔH) er lik den varme som er utvekslet mellom systemet og omgivelsene.
Om endringen i entalpien er mindre enn null (ΔH < 0) har systemet avgitt varme til omgivelsene i prosessen. En slik prosess kalles eksoterm.
Om endringen i entalpien er større enn null (ΔH > 0) har systemet mottatt varme fra omgivelsene i prosessen. En slik prosess kalles endoterm.
Endring i gibbsenergi
Hvis endringen i gibbsenergien (ΔG) er mindre enn null, (ΔG < 0) har prosessen vært spontan.
I dette tilfellet (T er konstant) er ΔG = ΔH – TΔS.
Om prosessen har vært eksoterm (ΔH < 0) kan prosessen være spontan (det vil si ΔG < 0) om ikke TΔS > ΔH. T er alltid > 0 mens ΔS kan være både positiv eller negativ.
Om prosessen har vært endoterm (ΔH > 0) kan prosessen være spontan (det vil si ΔG < 0) om TΔS > ΔH. T er alltid > 0 mens ΔS kan være både positiv eller negativ. Vi ser at selv en endoterm prosess kan være spontan om ΔS er positiv og temperaturen høy slik at TΔS > ΔH.
Verdien av H, G og S for mange kjemiske stoffer er gitt i tabeller.
Les mer i Store norske leksikon
Kommentarer
Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.
Du må være logget inn for å kommentere.