Table of Contents

מבוא ל-Thermodynamic Properties בכימיה

[ה]אורדינמינים מספקים מסגרת יסוד להבנת האופן שבו חומרים כימיים מאחסנים, העברה, והופכים אנרגיה.בהקשרים מדעיים ותעשייתיים, תכונות תרמודינמיקה כגון enthalpy (FLT:0HFLT:1), אנטרופיה (FLT:2SFLT 3: 3), אנרגיה חופשית (Fal Energy) LT5GLT) וקיבולת חום (Falicesivedial Revicial Revicial Revation)

עבור כימאים, מדעני חומרים ומהנדסים כימיים, הבנה השוואתית חזקה של תכונות אלה אינה רק אקדמית.זה מודיע ישירות על החלטות בעיצוב נתיב סינתטי, בחירה סלנט, פיתוח זרז, ונוסחאות של תרופות יציבות או מוצרים תעשייתיים. מאמר זה מספק ניתוח השוואתי מפורט של התכונות התרמודדימיות של תרכובות אורגניות מול אורגניות מול תרכובות אורגניות אורגניות, חקר את הסיבות המבניות הבסיסית להבדלים שלהם ואת ההשלכות המעשיות הבאות.

Core Thermodynamic Properties: A brief review

לפני השוואת שני המעמדות המורכבים, חיוני להגדיר את הפרמטרים התרמודינמיים המרכזיים שיידון במהלך הניתוח הזה.

אנת'לפי (H)

אנתלפי מייצג את התוכן החום הכולל של מערכת בלחץ קבוע.שינויים ב-enthalpy (ראה:0) ⁇ HoriFLT:1) ללוות תגובות כימיות ומעברי שלב, המשקפת את האנרגיה נטו נספגת או שוחררה כאיגרות חוב וצורה. תגובות אורגניות לעתים קרובות כרוכות בערכי ⁇ H משמעותיים עקב חידוש האג"ח קוה, בעוד תגובות לאורגניות עלולות להיות נשלטות על ידי אנרגיות מחוספות או ממושכות.

Entropy (S)

אנטרופיה מדמה את מידת ההפרעה או האקראיות במערכת.מדינות גזיות יש את האנטרופיה הגבוהה ביותר, ואחריו נוזלים ומורכבות מולקולרית - כגון מספר האטומים, דרגות רוטציה של חופש, וגמישות תואמים - השפעות רבות על אנטרופיה. מולקולות אורגניות, עם גודלם הגדול והמבנה שלהם, בדרך כלל יש ropies מוחלטים יותר מאשר ברוב תרכובות אורגניות פשוטות או מוצקות.

גיבס אנרגיה חופשית (G)

האנרגיה החינמית של גיבס משלבת את הנטל והטבעה לתוך קריטריון יחיד עבור ספונטניות:0FLT:0G = ⁇ H - T ⁇ SuaFLT:1 ⁇ G שלילי מציין תהליך ספונטני בטמפרטורה מתמדת ולחץ.היציבות וההתחדשות של תרכובות אורגניות ולא אורגניות נשלטים בסופו של דבר על ידי איזון זה בין התרומות האנרגטיות וטרופיות.

קיבולת חום (Celeph:0)

יכולת חום מודדת את כמות החום הנדרשת כדי להעלות את הטמפרטורה של חומר ברמה אחת. זה תלוי במספר וסוגים של רטט, רוטט, ו מצבי תרגום זמינים לספוג אנרגיה.באופן כללי, מולקולות מורכבות יותר עם מצבי רטט רבים להציג יכולות חום גבוהות יותר, מאפיין אשר בולט תרכובות אורגניות.

תכונות אנדרודינמיות של תרכובות אורגניות

תרכובות אורגניות מוגדרות על ידי השלדים המבוססים על פחמן, בדרך כלל שמציעות אג"ח קוהנדס, לעתים קרובות עם מימן, חמצן, חנקן, sulfur וhalogens.ההתנהגות התרמודינמית של חומרים אורגניים עוצבה על ידי תכונות מבניות אלה במספר דרכים נפרדות.

Enthalpy במערכות אורגניות

השינויים הenthalpy שנצפו לתגובות אורגניות מוכתבים בעיקר על ידי אנרגיות של אג"ח קוהנדסי.לדוגמה, הבעירה של אלקנס משחררת כמויות גדולות של אנרגיה (כ-890 kJ/mol עבור מתאן), המשקפת את העוצמה של C-H ו- C-C-C-C-C-C להיות שבורה ועוד C=O-H, נוצרו במוצרי מימן, בדומה לשיטות הזיהומים האופייניות ל-V.

Entropy in Organic Compounds

מולקולות אורגניות לעיתים קרובות מציגות ערכים אנטרופיים גבוהים, במיוחד בשלבים נוזליים והגזיים.זה נובע ממספר גורמים:

  • (FLT:0) גודל וגמישות:FLT:1 , Long-chain hydrocarbons, פולימרים ו biomolecules יש הרבה סיבוב פנימי ודרגות רטט של חופש, לתרום למספר גדול של מיקרו-מדינתיים נגישים.
  • (FLT:0) איזומריזם קונפורמטינלי: מולקולות אורגניות יכולות לאמץ קונפורציות מרובות (למשל, מגודות לעומת איתאן), הגדלת אנטרופיה התצורהית.
  • (FLT:0) התנהגות של פלס: 1:1 תרכובות אורגניות רבות הן נוזלים או גזים בטמפרטורת החדר, בעל אנטרופיה גבוהה יותר מאשר מוצקות גבישיות.

העושר האנטרופי הזה אומר כי לתגובות אורגניות יש לעתים קרובות תנאים משמעותיים של ⁇ S, אשר לעתים קרובות יכול להניע תהליכים enthalpy בלתי נלאים כלפי ספונטניות, במיוחד בטמפרטורות גבוהות.

גיבס אנרגיה חופשית ויציבות

יציבותו של תרכובת אורגנית היא איזון עדין בין צורת הנטופיל והאנגטרופיה שלה למשל, היציבות התרמודדימית של בנזאןן נמוכה יותר מאשר היפותטי 1,3,5-cyclohexaene שלה יציע, אך היא מייצבת על ידי הסרת מוצרים מרתיעים יותר (שפיית נמוך יותר) בניגוד, אלקנס סינתטי ארוך הם ייצוב עמוק על ידי תגובה שלילית, גם על ידי גירוי יתר של כימיקלים מגנטיים יותר.

יכולת חום בחומרים אורגניים

תרכובות אורגניות, במיוחד אלה עם אטומים רבים ואיגרות חוב גמישות, נוטים להיות בעלי יכולות חום גבוהות.לדוגמה, יכולת החום של n-octane (CirFLT:0803FLT:1HFLT:2181803FLT 3: 3) היא בערך 254 J/(molK), בעוד שסתם חומר מוצק אורגני פשוט כמו כלור הוא רק יתרון של 50 גרם חום (ג) הוא חומר חום גדול).

תכונות אנדרומודינמיקה של תרכובות אורגניות

תרכובות אורגניות כוללות מגוון עצום של חומרים, כולל מלחים ionic, ⁇ מתכתי, תחמוצות, סימס, ומורכבים תיאום. המאפיינים התרמודינמיים שלהם הם מגוונים באותה מידה, אך הם בדרך כלל מאופיין על ידי אינטראקציות אלקטרוסטטי חזקות, נקודות התכה גבוהות, ויחידות מבניות פשוטות יחסית.

Enthalpy במערכות Inorganic

(הופנה מהדף [[המאה ה-20]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]] ו[[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]] [[[[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1966]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[[[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[[[[[[[[[1924

Entropy in Inorganic Compounds

תרכובות אורגניות נוטות להיות בעלות נטיות מוחלטות נמוכות יותר בהשוואה לתרכובות אורגניות של משקל מולקולרי דומה, בעיקר בגלל המבנים הורוחים יותר שלהם.

  • (FLT:0) גבישים איטוניים: 1FLT:1 קבוע, חוזר על אטיב של בצלים ב מוצק כגון NaCl או MgO מצמצם את ההפרעה העקרונית, וכתוצאה מכך ערכים נמוכים בתנאים סטנדרטיים.
  • (ב) ל-[[1924]]: [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]
  • (ב) רשתות קווולנטיות:0 (Covalent networks:FLT:1) חומרים כמו יהלום, סיליקון קרביד, ו quartz יש אנטרופיה נמוכה מאוד בשל הקשר העוצמתי והממדי שלהם.

(ב) ישנם חריגים (מולקולות אורגניות כגון sulfur (SFLT:0803FLT:1), זרחן (PigFLT:2403) או אשכולי מתכת מעבר יכולים להציג נטיות גבוהות יותר עקב גמישות מולקולרית.

גיבס אנרגיה חופשית ויציבות

(היציבות התרמודינמית של תרכובות אורגניות מוערכת לעתים קרובות באמצעות הדיאגרמת אללינגהאם, אשר מבססת את שלב ה- ⁇ G ° של היווצרות כתפקוד של טמפרטורות עבור תחמוצות, sulfides וכלורידים (כלי זה אינו ניתן לערעור של 3) בפיזור מתכתי גלם וחומרים (HVallows) עבור תרכובות ⁇ ncreliation) הוא מושפע מאוד על ידי אנרגיה נקייה של אנרגיה עצלות ו-Ricurreceicurretros (Ric) ו-ofrevrecrevrevrevrevreligreligation) על ידי ⁇ mcreligrevreligreligreligation) על ידי ⁇ mcreligreligation) על ידי ⁇ mives (R) על ידי ⁇ mated) על ידי ⁇ mcreligation) על ידי ⁇ mcreligreligreligreligreligreligreligreligreligreligreligreligation) על ידי ⁇ mives (

יכולת חום בחומרים לא אורגניים

יכולות חום של מוצקים אורגניים הם בדרך כלל נמוך יותר מאלה של נוזל אורגני או גזים.חוק דוונג-פטרון, הקובע כי יכולת החום של יסוד מוצק מתקרב בערך 3R (כ 25 J /(molK) בטמפרטורות גבוהות, חל על רבים מוצקים אורגניים.עם זאת, סטיית מתרחשת עקב תרומות אלקטרוניות במכות או מצבי רטט נמוך בשכבות חום (למשל קיבולת חום) בטמפרטורה נמוכה (Creic) בטמפרטורה נמוכה) של 30 ליטר חום (Cligic) בדרך כלל) בטמפרטורות נוזלית חום).

ניתוח השוואתי: אורגני לעומת Inorganic Thermodynamics

עם פרופילים תרמודינמיים בודדים שהוקמו, השוואה ישירה מגלה כמה ניגודים עמיבים וכמה צפנים מעניינים בין תרכובות אורגניות ולא אורגניות.

הצצה ואנרגיה נוף

ההבדל הבסיסי ביותר הוא בטבע של אג"ח כימי.תרכובות אורגניות תכונה בעיקר אג"ח קוהרנטי, אשר הם כיוון ויש להם אנרגיות דיסוציאציה מוגדרות היטב של אג"ח לא אורגני, מצד שני, ספקטרום מאיגרות חוב טהורות (למשל, NaCl) באמצעות גירוי מתכתי (למשל, קו) לרשת קו-שוויון (למשל, יהלום) וקופלקולארי (revalalvalental Reverse Number) של מספר אחורי (reative) של מספר LTd) שינויים קלים יותר (pentalentic Variable) עם שינויים (כלומר, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, DIRDERDERDERD) ו-Feric Variable) (כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, לעומת שינויים קלים יותר) עם שינויים קלים יותר (pentalentalverse) עם שינויים קלים (pentalentalentalental) עם שינויים קלים (כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, לעומת זאת, כלומר, כלומר, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, שינוי משמעותי יותר) עם שינויים קלים יותר

אנטרופיה: הפרעות ומורכבות

(התרכובות האורגניות כמעט תמיד יש אנטרופיה מוחלטת גבוהה יותר מאשר תרכובות אורגניות של מסה דומה.זהו תוצאה ישירה של מורכבות מולקולרית.מולקולה אורגנית טיפוסית כמו גלוקוז (CIRFLT:06033FLT:1Horiph:212FLT) יש לעתים קרובות יותר חום אורגני (Rligicive) עם השפעה חזקה יותר של משוואות (FLT=R) 7.

יכולת חום: אחסון אנרגיה והעברות

יכולת החום הגבוהה יותר של תרכובות אורגניות הופכת אותם למכוערים תרמיים טובים יותר.זאת הסיבה לכך שמים (שבעודם לא אורגניים, הם יוצאים מן הכלל עם יכולת חום גבוהה מאוד) ושמנים אורגניים משמשים כנוזלים להעברת חום.

גיבס אנרגיה חופשית ותגובה ספונטנית

(החומרים האורגניים בדרך כלל יש אנטרופיה גבוהה יותר, המונח T ⁇ S ב ⁇ G = ⁇ H-T ⁇ S הוא יותר משמעותי לתגובות אורגניות.זה מוביל לטמפרטורות גבוהות יותר של ספונטניות.לדוגמה, הדהמה של אלכוהול ל-Alkene עשויה להיות לא ספונטנית בטמפרטורות נמוכות ( ⁇ G 0) אך הופכת לטמפרטורות ספונטניות יותר כמו הרווח הטרופי של גזים מ-DVic) במיוחד מ-DVerreperapherreatives-Fevatogenic (או-D)

שלב התנהגות ועברות שלב

תרכובות אורגניות נוטות להיות נוזליות או גזים בטמפרטורת החדר, משקפות את הכוחות החלשים יותר לטווח קצר (van der Waals, מימן אג"ח) ותרכובות ארגוניות גבוהות יותר הם לעתים קרובות מוצקות יותר עם נקודות התכה גבוהה ורתיחת עקב חזק ionic או covalent רשת קישור רשת קופלנטית.זה יש השלכות עמוקות לעיבוד תעשייתי: תרכובות אורגניות ניתן להטמיע, מפלט, ונוכיפות תחת תנאים אלקטרו-מדומים קלים, לעתים קרובות, תוך כדי מתחמיים, תוך כדי מתחמיים מתוחים קלים, תוך כדי מתחמיים, תוך כדי טמפרטורה, הדורשים מטבוליים, תוך כדי מתחמיים מטבוליים מתוחים, תוך כדי מתחמיים, לעתים קרובות, או גסים, לעתים קרובות, תוך כדי מתחמיים מטבוליים מתוחים, לעתים קרובות, או מטבוליים, תוך כדי מתחמיים, בתנאי חום, לעתים קרובות, לעתים קרובות, לעתים קרובות, בתנאי דלקתיים מתוחכמות גבוהה, תוך כדי מתחמיים גמישים, או גסים, בתנאי דלקתיים מתוחכמות גבוהה, כאשר הם זקוקים לתרכובות מתוחה, כאשר הם זקוקים לתרכובות טמפרטורה גבוהה, לעתים קרובות, לעתים קרובות, כאשר הם זקוקים לתרכובות מתוח

השלכות מעשיות ויישומים

הניגוד של תכונות תרמודינמיקה של תרכובות אורגניות ולא אורגניות משפיע ישירות על היישומים בעולם האמיתי שלהם על פני תעשיות מרובות.

תרופות וכימיקלים יפים

בתעשיית התרופות, תרכובות אורגניות שולטות כמרכיבים פעילים של תרופות (APIs) שינויים רגישים לטמפרטורה להפוך אותם לסבירים לפתרון סינתזה וגביגיזציה.השילוב הגבוה של מולקולות אורגניות השפעות כהלוביליות; פירוק התרופה הוא לעתים קרובות entropy-oriented, גורם מפתח ביו-זמינות של גיבים אנרגיה חופשית של גיבים עוזר פירוק של מערכות מידע כימיות ו- 0Factative על משאבים אופטיים מתאימים יותר.

חומרים מדע והנדסה

(ב) תרכובות אורגניות כגון קרמיקה, מתכות, ומוליכים למחצה נבחרים ליציבות תרמית גבוהה, יכולת חום נמוכה, והתנהגות שלב צפויה.לדוגמה, סיליקון קרביד (SiC) משמש באלקטרוניקה עתירי טבע גבוהה בשל רחב שלה, חומרים צמחי חום נמוכים, המאפשרים מעבר מהיר (AlFreave:02LTFirs) LT3F3: קומפקטיות תרמית מציעה קיבולת נמוכה של מגנטית וקיבולת חום נמוכה.

פסיכואנליזה וכימיה תעשייתית

בקטאליזה, פרופילי התרמודינמיקה של תרכובות אורגניות ולא אורגניות מנוצלים. זרזי הומוגניות (לעתים קרובות אוניבומטי) משלבים את טונה של ligands אורגני עם תגובת מרכזי מתכת, ומאפשרים שליטה קלה על זרז תגובה וסלקטיביות (Hterogeneous זרזים, בדרך כלל תחמוצמי תחמוצמיים אורגניים, מתכות, או זת, לפעול בטמפרטורות גבוהות של דלקת ריאות (HF) עבור טמפרטורת חום גבוהה לשימוש איטי יותר עבור טמפרטורת דלקת הלחמית (Ric) עבור טמפרטורת דלקת ריאות (Riciceric) אשר משמש לחץ דם גמישה) אשר משמש לחץ דם גבוהה ⁇ dic ⁇ i) עבור טיפולית לחץ נמוך יותר עבור טמפרטורת לחץ דם גבוהה.

כימיה סביבתית וכימיה ירוקה

הבנת ההבדלים התרמודדימיים היא גם חיונית להפעלה סביבתית.השילוב של חומרים אורגניים הוא אקסותרמי, אך עשוי לייצר חומרים רעילים לא אורגניים (למשל, דיוקסינים, תחמוצות מתכת) תהליכים המדגמים הממזערים את האנרגיה החופשית של תגובות צד לא רצויות היא יעד מרכזי של כימיה ירוקה.

נושאים מתקדמים ומחקרים נוכחיים

בעוד המאפיינים התרמודינמיים הקלאסיים מספקים בסיס חזק, המחקר המתמשך ממשיך לחדד את ההבנה שלנו של התנהגות מורכבת אורגנית ולא אורגנית.

להקות גבוהות של Alloys and Materials

גבול בחומרים לא אורגניים מדע הוא הפיתוח של ⁇ גבוהה-טרופיה (HEAs) וקרמיקה גבוהה-טרופיה גבוהה.חומרים אלה משלבים במכוון אלמנטים מרכזיים רבים ביחסים קרוב-הקווימולר כדי למקסם את ה-contropy, ייצוב פתרונות מוצקים מהפרעה על תרכובות intermetal.העקרונות התרמודינמיים השולטים במושגים של heA בכימיה מוצקה ו- entropyation in the ייצוב של רעיונות לא ניתן להוכיח את מערכות אורגניבות אורגניות.

Machine Learning and Thermoדינמיתחיזוי

כימיה חישובית מודרנית משתמשת במודלים של למידת מכונה שהוכשרו על מסדי נתונים גדולים של ערכים ניסיוניים וחוששים תרמודינמיקה לחזות תכונות של תרכובות חדשניות - הן אורגניות והן אורגניות.מודלים אלה עבור התכונות המבניות שנדונו במאמר זה, למידה כי מולקולות אורגניות עם צפיפות מודאלית גבוהה נוטה להיות בעלת יכולת חום גבוהה, בעוד מוצקים אורגניים עם אנרגיה עצלות גבוהה של היווצרות של כלי כימיה כגון: 1.

התרמודינמיקה בתנאים קיצוניים

מחקר להתנהגות של תרכובות תחת לחץ קיצוני וטמפרטורה - כגון בפנים פלנטריות או במהלך תגובות נפץ - מטרות כי ההבחנה בין תרמודינמיקה אורגנית או אורגני יכול לטשטש.לדוגמה, בלחץ גבוה מאוד, מולקולות אורגניות יכולות פולימריזציה לתוך רשתות דמויות יהלום, המציגות יציבות אורגנית דמוית יערות.

מסקנה

התכונות התרמודינמיות של תרכובות אורגניות ולא אורגניות, בעוד נשלטות על ידי אותם חוקים פיזיים אוניברסליים, נבדלות באופן משמעותי בשל הבדלים במבנה המולקולרי, אג'ינג, וכוחות בלתי-טווח אורגניים, עם חיבורים קוהורנטיים שלהם, מורכבות מולקולרית, וגמישות טבועה, נוטים להציג השפעות גבוהות יותר של חומרים כימיים, יעילות יותר, הנדסת חום גבוהה יותר, ונוסחאות אנרגיה ללא רגישות טמפרטורה.