الكيمياء الحرارية هي فرع من فروع الكيمياء يدرس العلاقة بين الحرارة والتغيرات الكيميائية في المواد والمركبات. تعتمد الكيمياء الحرارية على مفاهيم أساسية تساعد في فهم كيفية تفاعل المواد وتغيراتها بالنسبة للحرارة.
مفاهيم أساسية في الكيمياء الحرارية
- الحرارة ودرجة الحرارة: الحرارة تمثل طاقة الحركة الداخلية للذرات والجزيئات في المادة. درجة الحرارة هي قياس لهذه الطاقة وتعبر عنها بوحدات مثل درجة مئوية أو كلفن.
- التغيرات الحرارية: يتعلق هذا بتغيرات الحرارة التي تحدث في تفاعل كيميائي أو تغيير حالة المادة، مثل التبخر أو التكثيف.
- التفاعلات الحرارية: التفاعلات الكيميائية التي تمتص أو تفرز الحرارة. التفاعلات الإندروجينية تمتص الحرارة (استنزاف حراري)، بينما التفاعلات الإكزوثيرمية تفرز الحرارة.
- التفاعلات الحرارية القياسية: تعبر عن التفاعلات الكيميائية عند درجة حرارة وضغط قياسيين، وتسمى أحيانًا بالتغييرات في الحرارة الحرة (∆H°).
- التوازن الحراري: حالة تكافؤ الحرارة بين نظام كيميائي ومحيطه، حيث لا يحدث تغير في درجة الحرارة.
- القوى الدافعة للتفاعلات الحرارية: تشمل الانتروبيا (∆S) والتغييرات في الطاقة الحرة الكلية (∆G)، التي تؤثر على سرعة التفاعل الكيميائي.
- التفاعلات التسخينية: استخدام الحرارة لتغيير درجة الحرارة أو حالة المادة دون تغيير كيميائي في التركيب الجزيئي.
- التوازن الحراري: الحالة التي تكون فيها نسبة التغير الكلي للحرارة داخل النظام مساوية لنسبة الحرارة المتغيرة.
- المعادلة الحرارية: تعتمد على التفاعلات الكيميائية لتحديد التأثيرات الحرارية والحرارة المترتبة عليها.
- المعادلات الحرارية في التغير: يتناول هذا الفصل التغير في درجات الحرارة وطاقات الحركة في الاختلافات بين حالة المادة
وتحتوي الكيمياء الحرارية على مفاهيم أخرى مهمة تساعد في فهم تفاعلات المواد والطاقة الحرارية التي تتلاقى في العمليات الكيميائية. هذه بعض المفاهيم الإضافية:
- التغيرات الحرارية في التفاعلات الكيميائية: دراسة كيفية تغير الحرارة أثناء حدوث تفاعل كيميائي، مما يعكس طاقة الروابط الكيميائية المكسورة والتي تشكلت.
- التوازن الحراري في التفاعلات الكيميائية: يحدث عندما تكون الحرارة المفرزة في التفاعل متساوية تمامًا مع الحرارة الممتصة، مما يؤدي إلى عدم وجود تغيير صافٍ في درجة حرارة النظام.
- التفاعلات الإندروجينية والإكزوثيرمية: التفاعلات الإندروجينية تمتص الحرارة من المحيط، في حين أن التفاعلات الإكزوثيرمية تفرز الحرارة إلى المحيط.
- التأثيرات الحرارية على التوازن الكيميائي: يمكن أن تؤثر التغيرات في درجة الحرارة على توازن التفاعلات الكيميائية، حيث تكون ثابتات التوازن الكيميائي تعتمد على درجة الحرارة.
- المعادلات الحرارية في الكيمياء الحرارية: تستخدم لحساب كمية الحرارة المفرزة أو الممتصة في تفاعل كيميائي، وتعتمد على قوانين الحرارة والحركة.
- القوى الدافعة للتفاعلات الحرارية: تشمل الانتروبيا (∆S) والتغييرات في الطاقة الحرة الكلية (∆G)، والتي تؤثر على سرعة واتجاه التفاعلات الكيميائية.
- التفاعلات التسخينية والتبريدية: تتعلق بالتأثيرات الحرارية على المواد والتغييرات التي تحدث في درجة الحرارة دون تغيير في التركيب الكيميائي.
- الطاقة الحرة الكلية (Gibbs Free Energy): تعبر عن الطاقة المتاحة لتحقيق التفاعلات الكيميائية عند درجة حرارة وضغط معينين، وتساعد في تحديد ما إذا كان التفاعل سيحدث بشكل طبيعي أم لا.
- المساواة الحرارية: تعبر عن المساواة بين الحرارة المفرزة والحرارة الممتصة في نظام كيميائي، مما يؤدي إلى توازن في درجة الحرارة داخل النظام.
