شیمی برای همه

دید کلی

در هنگام اجرای یک واکنش هسته‌ای القایی یا فروپاشی خود به خودی رادیواکتیو ، پدیده‌های شیمیایی وجود دارند که به موازات فرآیندهای هسته‌ای رخ می‌دهند. واکنشهای هسته‌ای منجر به تشکیل گونه‌های شیمیایی بسیار فعال می‌شوند که دارای بار و انرژی‌های جنبشی بالا هستند.

با توجه به اینکه انرژی‌های این گونه بسیار بزرگتر از انرژی حرارتی اتم‌ها و مولکولهای محیط هستند، آنها به نام اتمهای داغ بوده و مطالعه پدیده‌های شیمیایی آنها به نام شیمی داغ معروف است.

تفاوت شیمی اتم داغ با شیمی تشعشع

شیمی داغ نباید با شیمی تشعشع یا فوتوشیمی که اثرات تشعشع الکترومغناطیسی روی مولکولهای کمپلکس را مطالعه می‌کنند، اشتباه گردد. در آن مطالعات ، واکنشهای هسته‌ای یا فروپاشیها رخ نمی‌دهند. تشعشع از خارج سیستم تحت مطالعه ، برای ایجاد تغییرات شیمیایی بکار رفته و این گونه‌های فعال شیمیایی تولید شده بوسیله برهمکنش تشعشع با الکترونهای اوربیتال است تا مورد توجه قرار می‌گیرد. انرژی در این رابطه بسیار کمتر از حالت شیمی اتم داغ است.

ترمودینامیک شیمیایی (گرما شیمی)

واکنشهای شیمیایی معمولا با تغییر انرژی همراه هستند برای مثال واکنشهای زیر را در نظر بگیرید

1.

2.

واکنش اول واکنش سوختن متان و واکنشی گرماده است و ، واکنش دوم تجزیه متانول و واکنشی گرماگیر.

بررسی میزان گرمایی که در واکنش های شیمیایی تولید یا مصرف میشود را "گرماشیمی" میگویند.
مقدار این گرما به شرایط واکنش بستگی دارد و در حالت کلی برابر اختلاف انرژی محصولات با فراورده ها است.

حالات مختلف انرژی و تبدیلشان به یکدیگر

در حالت کلی برای یک جسم میتوان دو انرژی جنبشی و پتانسیل را تعریف کرد انرژی جنبشی به حرکت جسم و انرژی پتانسیل به موقعیت جسم بستگی دارد.این دو نوع انرژی میتوانند به هم تبدیل
شوند برای مثال اگر جسمی از ارتفاعی رها شود انرژی پتانسیل به جنبشی تبدیل میشود.
با استفاده از تئوری های اتمی میتوان برای این دو نوع انرژی ، حالات مختلفی چون الکتریکی ، شیمیایی ، هسته ای و انرژِی شبکه در نظر گرفت هنگامی که انرژِی از نقطه ای به نقطه دیگر منتقل میشود دو پدیده کار یا گرما ظاهر میشود.

سیستم و محیط

برای مشاهده و اندازه گیری تغییرات انرژی نیازمند مشخص کردن فضای مورد بررسی از دیگر جاها هستیم به این قسمت مشخص شده سیستم و به دیگر فضاها محیط میگوییم

انرژی درونی

هر ذره ای درون سیستم دارای انرژی جنبشی و پتانسیل است ، به مجموع انرژِی جنبشی و پتانسیل

تمام ذرات سیستم ، انرژی درونی میگویند و با نشان میدهند.اگر در سیستمی واکنشی انجام شود پس از بازگشت دمای سیستم به حالت اولیه انرژی درونی سیستم به حالت اول برابر نخواهد بود و برای مشخص کردن تغیرات ان باید تفاضل حالت ثانویه از اولیه را حساب کنیم



اگر سطح انرژی محصولات از واکنش دهنده ها بیشتر باشد واکنش گرماگیر و خواهد بوددر این حالت مقداری انرژی از محیط به سیستم منتقل میشود.
اگر سطح انرژی محصولات از واکنش دهنده ها کتر باشد واکنش گرماده(زا) و است و مقداری انرژی از سیستم به محیط منتقل شده است.

انرژی به دو صورت کار و گرما بین سیستم و محیط جابجا میشود اگر سیستم و محیط اختلاف دما داشته باشند و جنس بدنه جداکننده سیستم و محیط عایق گرما نباشد در این حالت انرژی گرمایی ( ) از منطقه گرم به سرد جابجا میشود به سایر حالات مبادله شدن انرژی کار گویند و با نشان میدهند.
در حالت کلی در یک سیستم خواهیم داشت deltaE=w+w*+q (توی پرانتز بگم که رابطه اصلی دبلیو استار رو نداره ، دبلیو استار کاری غیر از کار تغییر حجم هست) علامت گرما و کار به جهت انتقال انرژی بستگی دارد.

در واحد انرژی (ژول) در نظر گرفته شده ، اما واحد دیگه گرما (کالری) هست

یک کالری برابر با مقدار گرمایی است که دمای یک گرم اب را یک درجه سلسیوس افزایش دهد (از 14.5 به 15.5 در جه سانتیگراد) پس با توجه به رابطه گرما متوجه میشویم که هر کالری 4.184 ژول است.