درآمدی بر ترمودینامیک شیمیایی
چکیده: شیمی فیزیک علمی است که به بررسی اصول فیزیکی در سیستم های شیمیایی می پردازد. ترمودینامیک یکی از شاخه های این علم می باشد که در اینجا ابتدا به معرفی اجمالی آن پرداخته و در درس های بعد به مباحث پیرامون آن خواهیم پرداخت.
شرح درس:
ترمودینامیک متشکل از دو کلمه یونانی ترمو به معنی گرما و دینامیک به معنی توان می باشد. در این شاخه از شیمی فیزیک گرما، کار، انرژی و تغییر حالت سیستم بررسی می شود. در واقع می توان گفت ترمودینامیک دانش مطالعه تبدیل شکل های مختلف انرژی و راه های انتقال آن است.
یک سیستم شیمیایی می تواند از دو جنبه ماکروسکوپی و میکروسکوپی مورد مطالعه قرار گیرد. دیدگاه میکروسکوپی دیدگاهی مبتنی بر اتم ها و مولکول هاست. اما در دیدگاه ماکروسکوپی خواص ماده در مقیاس بزرگ و بدون توجه به مولکول ها و اتم ها مورد بررسی قرار می گیرد.
ترمودینامیک، خواص ماکروسکوپی سیستم های شیمیایی را بررسی می کند.
مطالعه کمی و کیفی انرژی گرمایی مبادله شده طی واکنش های شیمیایی، تغییر آن و تاثیری که بر حالت ماده دارد، موضوع هایی هستند که در شاخه ای از ترمودینامیک بررسی می شوند که ترموشیمی یا گرماشیمی نامیده شده است. گستره علم ترمودینامیک آن قدر وسیع است که افزون بر مطالعه تبدیل شکل های مختلف انرژی به یکدیگر و راه های انتقال آن به پرسش های کلی تری از جمله دلیل انجام شدن یا نشدن فرایندهای فیزیکی و شیمیایی در شرایط معین پاسخ می دهد.
ترمودینامیک شامل دو نوع تعادلی و برگشت ناپذیر است.
در ترمودینامیک تعادلی سیستم های در حال تعادل بررسی می شود و در ترمودینامیک برگشت ناپذیر سیستم های غیر تعادلی و سرعت فرایندها مورد بحث قرار می گیرد. در درس های بعد به توضیح ترمودینامیک تعادلی، انواع سیستم های ترمودینامیکی، انواع تعادل های ترمودینامیکی، خواص ترمودینامیکی، قوانین ترمودینامیک و ... خواهیم پرداخت.
از دیدگاه تاریخی ترمودینامیک به هدف افزایش بازده موتورهای بخار گسترش یافت. فیزیکدان انگلیسی، لرد کلوین، نخستین کسی بود که در سال ١٨٥٤ تعریفی کوتاه برای ترمودینامیک ارائه داد:
« ترمودینامیک عنوان مبحثی است که روابط حاکم بر ارتباط حرارت با نیروهای وارد بر یک پیکر پیوسته و هم چنین رابطه بین حرارت با الکتریسیته را بیان می کند. »
در ابتدا ترمودینامیک ماشین های بخار به صورت عمده راجع به خصوصیات گرمایی مواد بود و بعدها این مبحث به فرایندهای انتقال انرژی در واکنش های شیمیایی مرتبط گردید. امروزه محاسبات ترمودینامیکی در زمینه های مختلفی چون فیزیک، شیمی، نفت، هوا فضا، مکانیک، مهندسی پزشکی، دانش مواد و حتی اقتصاد لازم است.
