Read Runeberg

Nordisk familjebok · första upplagan

Termokemi

Ämne: Kemiska föreningar, grundämnen och teorier · Kemi, läkemedel och färgämnen

Nordisk familjebok, 1:a uppl., band 16 (1892), sp. 47–50 · visa i originalet · läs på runeberg.org ↗

Termokemi (af Grek. therme, värme), den del af kemien, som har till uppgift att behandla värmefenomenen vid kemiska reaktioner. Man hade tidigt uppmärksammat den stora rol värmet spelar vid kemiska förlopp, och redan 1780 sökte Lavoisier att bestämma värmemängden, som utvecklas vid kemiska reaktioner. Dessa försök äro dock endast af historiskt intresse, enär vetenskapen vid den tidpunkten icke kände några noggranna metoder att uppmäta värmemängder. Tillförlitligare bestämningar utfördes 1848--53 af Favre och Silbermann, men de flesta undersökningarna på detta område datera sig från 1869 och äro utförda hufvudsakligen af dansken Julius Thomsen och fransmannen Berthelot, hvilka med rätta kunna anses som termokemiens grundläggare. -- Hvarje kemisk förändring (reaktion) åtföljes af värmeutveckling eller värmeabsorption. Då genom kemiska förändringar nya ämnen med nya egenskaper uppstå, tillskrifvas helt naturligt förändringarna i egenskaper det värme, eller, enär värme är en form af energi, den energimängd, som bortgått eller upptagits under den kemiska reaktionen. På samma sätt som vattenånga genom energiförlust öfvergår till vatten och vatten likaledes genom energiförlust till is, bildas vatten af syrgas och vätgas genom energiförlust och öfvergår igen till vätgas och syrgas genom upptagande af energi. Syrgas och vätgas innehålla således mer energi än det genom deras förening uppkomna vattnet, och denna energimängd består efter all sannolikhet i ett visst, för öfrigt ännu alldeles obekant, slag af rörelse, som syre- och väteatomerna ega inom syrgas- och vätgasmolekylerna, men som förändras i det ögonblick syre- och väteatomerna sluta sig tillsamman till vattenmolekyler, hvarvid öfverskott af energi frigöres i form af värme. Hos hvarje energirik kropp eller system af kroppar ligger en sträfvan att till energifattigare afbörda sitt energiöfverskott, och de öfvergå derför under gynsamma omständigheter eller under inflytande af en mer eller mindre kraftig impuls och under energiförlust till nya, energifattigare kombinationer. Häri har man att ytterst söka orsaken till de kemiska reaktionerna.

Föreningar, som äro rikare på energi än deras beståndsdelar, s. k. endotermiska föreningar (af Grek. endon, invärtes), hafva i allmänhet en utpräglad benägenhet att under utveckling af värme, stundom med explosion, sönderdelas i sina beståndsdelar. Klorqväfve exploderar t. ex. våldsamt, när det utsättes för en obetydlig stöt, och sönderfaller dervid under stor energiförlust i sina elementära beståndsdelar: klor och qväfve. Ett annat exempel på en endotermisk förening är vätesuperoxid, som under energiförlust sönderdelas i vatten och syrgas, en reaktion, som genast inträffar, när man låter några korn fint fördelad platina komma i beröring med vätesuperoxiden. Det förhåller sig på samma sätt med blandningar af kroppar, som genom förlust af energi kunna omsätta sig till nya ämnen. En blandning af zink och svafvelsyra kan under förlust af energi omsätta sig till vätgas och zinksulfat, hvarför också zink löses i svafvelsyra. På samma sätt löses zink i kopparsulfat, emedan dervid bildas under energiförlust zinksulfat och koppar. Deremot löses koppar hvarken i svafvelsyra eller zinksulfat, emedan dessa kemiska förlopp förutsätta upptagande af energi. Ett annat exempel erbjuder den blandning af kol, svafvel och salpeter, som kallas krut. Om denna blandning omsätter sig till qväfgas, kolsyregas och svafvelkalium, utvecklas en betydande energimängd, och en sådan omsättning inträffar, som bekant, under impulsen af en tändande gnista.

Af det sagda torde vara lätt att inse, att endotermiska föreningar icke kunna genom förening af beståndsdelarna uppstå vid lägre temperatur eller under vanliga förhållanden. En del af dessa föreningar uppstår vid högre temperatur, t. ex. kolsvafla och acetylen, genom direkt förening af beståndsdelarna, och dervid kan man tänka sig, att under inflytande af den höga temperaturen ämnena, som skola förenas, upptaga energi och derigenom försättas i sådant tillstånd, att de under energiförlust kunna förenas. Det är nämligen antagligt, att alla elementaratomer måste för att bilda molekyler afgifva energi. De flesta endotermiska föreningar uppkomma vid kemiska reaktioner, då utom de endotermiska föreningarna äfven bildas exotermiska föreningar (af Grek. exo, utanför), eller sådana, som uppstå under energiförlust, och reaktionen förlöper under energiförlust. Om t. ex. klor inverkar på ammoniak, uppstår endotermiskt klorqväfve och exotermiskt klorammonium, men värmeutvecklingen för bildandet af den senare öfverväger värmeabsorptionen, som är nödvändig för uppkomsten af den förra, så att den totala reaktionen förlöper under värmeutveckling eller blir exotermisk.

Om de endotermiska föreningarna äro utmärkta af ringa beständighet, kännetecknas de exotermiska af stabilitet, och de omsätta sig icke till energirikare, såvida de icke utsättas för omständigheter, som nödga dem att upptaga energi, såsom t. ex. för inflytande af värme eller elektricitet. Om derför en exotermisk förening upphettas, upptager den energi och sönderfaller förr eller senare i energirikare produkter, hvilka dock, när temperaturen sänkes, i regeln under afgifvande af energi återförenas till den ursprungliga föreningen. Detta slag af sönderdelning benämnes dissociation, och ett exempel härpå erbjuder vatten. Om vatten upphettas till 1,000°, börjar det sönderdelas i vätgas- och syrgasmolekyler. Stegras temperaturen, fortgår sönderdelningen, och vid omkr. 3,000° äro ungefär 2/3 af vattenmolekylerna dissocierade. Sänkes nu temperaturen, återförenas vätgas- och syrgasmolekylerna till vattenmolekyler, och vid omkr. 2,000° bör ett jämnvigtstillstånd inträffa, vid hvilket lika många vattenmolekyler dissocieras som återbildas. De reaktioner, som då ega rum, kunna derför uttryckas med eqvationen

2H2 + O2 [tecken] 2H2 O.

Det anförda torde tillräckligt visa huru vigtigt bestämmandet af de värmemängder är, som frigöras eller upptagas vid kemiska omsättningar och vid kemiska föreningars bildande, eller det s. k bildningsvärmet. För de speciella metoderna för dylika bestämningars utförande kan här icke redogöras. Så mycket kan dock anföras, att man i allmänhet går tillväga på det sätt, att man låter vägda mängder af ämnen inverka på hvarandra i kalorimetrar, slutna kärl, som omgifvas af en bestämd mängd vatten, hvars temperatur noga bestämmes före och efter försöket. Värmeqvantiteten angifves i kalorier (cal.), och med en kalori förstås den värmemängd, som erfordras för att höja temperaturen af en vigtsenhet (1 gr. eller 1 kg.) vatten från 0° till 1°. Genom bestämmandet af temperaturförhöjningen på vattnet i kalorimetern finner man huru många kalorier vattnet under den kemiska reaktionen i kalorimetern upptagit. För uttryckandet af värmeförloppen vid kemiska reaktioner betjenar man sig af kemiska eqvationer med tillägg af + eller - och den siffra, som anger huru många kalorier afgifvas eller upptagas vid reaktionen. Eqvationen

2 H2 + O2 = 2H2 O + 136,692 cal.

betyder: 2 molekyler (4 gr. eller kg.) vätgas och 1 molekyl (32 gr. eller kg.) syrgas gifva vid förening 2 mol. (36 gr. eller kg.) vatten under utveckling af 136,692 (gr., resp. kg.) kalorier. Om man således förbränner 1 gr. vätgas, utvecklas 34,173 kalorier, eller så mycket värme, som förmår upphetta 34,173 gr. vatten från 0° till 1° eller 341,73 gr. vatten af O° till kokning.

Eqvationen

2 Cl2 + O2 = 2 Cl2 O - 35,858 cal.

betyder, att om klor och syre kunde förenas till klormonoxid, måste 2 mol. (141,6 gr.) klor och 1 mol. (32 gr.) syre upptaga en energimängd motsvarande 35,858 kalorier.

Om nu de anförda eqvationerna omvändas, angifva de, att 2 mol. vatten upptaga 163,962 kalorier för att spjelkas i vätgas och syrgas, samt att 2 mol. klormonoxid vid sönderdelning afgifva 35,858 kalorier.

Genom tvänne ämnens inverkan på hvarandra kunna ofta olika föreningar uppstå. I allmänhet bildas dervid företrädesvis den förening, hvars uppkomst åtföljes af den största värmeutvecklingen. Sålunda ger kol vid förbränning kolsyregas, icke koloxid, emedan den förra föreningens bildningsvärme är större. Undantag finnas dock. Det kan nämligen inträffa, att de föreningar, som i första hand uppstå, dissocieras vid den temperatur, då föreningen uppstår. Sålunda bildas vid förbränning af svafvel i syrgas icke svafvelsyreanhydrid utan svafvelsyrlighet, oaktadt den förras bildningsvärme är större, ty svafvelsyreanhydriden dissocieras lätt i syre och svafvelsyrlighet. P. T. C.