9.1: مقدمه
- Page ID
- 217392
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\dsum}{\displaystyle\sum\limits} \)
\( \newcommand{\dint}{\displaystyle\int\limits} \)
\( \newcommand{\dlim}{\displaystyle\lim\limits} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\(\newcommand{\longvect}{\overrightarrow}\)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\(\newcommand{\avec}{\mathbf a}\) \(\newcommand{\bvec}{\mathbf b}\) \(\newcommand{\cvec}{\mathbf c}\) \(\newcommand{\dvec}{\mathbf d}\) \(\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}\) \(\newcommand{\evec}{\mathbf e}\) \(\newcommand{\fvec}{\mathbf f}\) \(\newcommand{\nvec}{\mathbf n}\) \(\newcommand{\pvec}{\mathbf p}\) \(\newcommand{\qvec}{\mathbf q}\) \(\newcommand{\svec}{\mathbf s}\) \(\newcommand{\tvec}{\mathbf t}\) \(\newcommand{\uvec}{\mathbf u}\) \(\newcommand{\vvec}{\mathbf v}\) \(\newcommand{\wvec}{\mathbf w}\) \(\newcommand{\xvec}{\mathbf x}\) \(\newcommand{\yvec}{\mathbf y}\) \(\newcommand{\zvec}{\mathbf z}\) \(\newcommand{\rvec}{\mathbf r}\) \(\newcommand{\mvec}{\mathbf m}\) \(\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}\) \(\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}\) \(\newcommand{\real}{\mathbb R}\) \(\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}\) \(\newcommand{\bcal}{\cal B}\) \(\newcommand{\ccal}{\cal C}\) \(\newcommand{\scal}{\cal S}\) \(\newcommand{\wcal}{\cal W}\) \(\newcommand{\ecal}{\cal E}\) \(\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}\) \(\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}\) \(\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}\) \(\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}\) \(\newcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\col}{\text{Col}}\) \(\renewcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\nul}{\text{Nul}}\) \(\newcommand{\var}{\text{Var}}\) \(\newcommand{\corr}{\text{corr}}\) \(\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}\) \(\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}\) \(\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}\) \(\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}\) \(\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}\) \(\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}\) \(\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}\) \(\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}\) \(\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}\) \(\newcommand{\lt}{<}\) \(\newcommand{\gt}{>}\) \(\newcommand{\amp}{&}\) \(\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}\)واکنش های شیمیایی، مانند واکنش هایی که هنگام روشن کردن کبریت رخ می دهد، شامل تغییر در انرژی و همچنین ماده است. جوامع در تمام سطوح توسعه نمی توانند بدون انرژی آزاد شده توسط واکنش های شیمیایی کار کنند. در سال 2012، حدود 85 درصد از مصرف انرژی ایالات متحده از احتراق فرآورده های نفتی، زغال سنگ، چوب و زباله حاصل شد. ما از این انرژی برای تولید برق (38٪)، برای حمل و نقل مواد غذایی، مواد خام، کالاهای تولیدی و مردم (27٪)، برای تولید صنعتی (21٪)، و برای گرم کردن و تأمین انرژی خانه ها و مشاغل خود (10٪) استفاده می کنیم. 1 در حالی که این واکنش های احتراق به ما کمک می کند تا نیازهای انرژی ضروری ما را برآورده کنیم، آنها نیز توسط اکثریت جامعه علمی به عنوان یک عامل اصلی در تغییرات آب و هوایی جهانی شناخته شده اند.
اشکال مفید انرژی نیز از انواع واکنش های شیمیایی غیر از احتراق در دسترس هستند. به عنوان مثال، انرژی تولید شده توسط باتری ها در تلفن همراه، ماشین یا چراغ قوه ناشی از واکنش های شیمیایی است. این فصل بسیاری از ایده های اساسی لازم برای کشف روابط بین تغییرات شیمیایی و انرژی، با تمرکز بر انرژی حرارتی را معرفی می کند.
پیوند شیمیایی به سادگی شکل دیگری از انرژی است و قدرت آن دقیقاً در واحدهای مشابه هر فرآیند دیگری که شامل انرژی است نشان داده می شود. یعنی در ژول (یا کیلوژول) - یا، هنگامی که بر اساس مولی گرفته می شود، در J/mol یا KJ/mol. تمام اصول مربوط به انرژی که تاکنون مورد بررسی قرار داده ایم، دقیقاً همانطور که در مورد سایر اشکال انرژی انجام می شود، در مورد انرژی های پیوند اعمال می شود: یعنی انرژی ممکن است تغییر شکل دهد یا جذب یا آزاد شود، اما نمی تواند ایجاد یا نابود شود. انرژی یک پیوند شیمیایی با آنتالپی پیوند نشان داده می شود که طبق قرارداد انرژی مورد نیاز برای شکستن پیوند شیمیایی است. با تشکیل پیوند شیمیایی همان انرژی آزاد می شود. با توجه به اینکه یک واکنش شیمیایی شامل شکستن برخی پیوندها و ایجاد برخی دیگر است، تغییر آنتالپی برای یک واکنش شیمیایی را می توان با تجزیه و تحلیل پیوندهای شکسته و تشکیل شده در طول واکنش تخمین زد. در حالی که این روش تخمینی از آنتالپی کلی را ارائه می دهد، باید توجه داشت که یک روش بسیار دقیق تر شامل استفاده از آنتالپی های تشکیل است. این واقعیت که می تواند تفاوت های قابل توجهی بین، به عنوان مثال، پیوند O—H در آب وجود داشته باشد و در اسید استیک اختلاف در محاسبه Δ H با استفاده از آنتالپی های پیوند در مقابل استفاده از آنتالپی های تشکیل را به حساب می آورد.
پانوشت
- 1 اداره اطلاعات انرژی ایالات متحده، مصرف انرژی اولیه توسط منبع و بخش، 2012، http://www.eia.gov/totalenergy/data/...012_energy.pdf. داده های مشتق شده از اداره اطلاعات انرژی ایالات متحده، بررسی ماهانه انرژی (ژانویه 2014).