تفسیر علمی معادله ترموشیمی گوستاو کیرشهوف

🧪تفسیر و تبیین علمی معادله ترموشیمی گوستاو کیرشهوف🧪یکی از دلایل
مهم و اصلی انجام واکنش های شیمیایی در واقع تغییر ظرفیت گرمایی مواد واکنش دهنده و فراورده می باشد.همان طور که ما انسان ها هرکدام در مقابل مشکلات و سختی ها ظرفیت های متفاوتی داریم و یکی به قول معروف قدرت تحمل و صبرش زیاد هست و می گوییم فلان شخص صبور است و یا فلان شخص نازک نارنجی و زودرنج و بی جنبه است در علم شیمی هم برای هر ماده ای ظرفیت گرمایی تعریف می کنیم که به معنای مقدار گرمای داده شده به ماده برای تغییر دما به اندازه یک درجه سانتی گراد است.ماده ای که ظرفیت گرمایی بسیار بالایی داشته باشد یعنی خیلی مقاوم و صبور و بردبار است و گرمای فوق العاده زیادی لازم است تا دمای آن را به اندازه یک کلوین تغییر داد.
به این ترتیب می توانیم تغییر ظرفیت گرمایی مواد در حین انجام واکنش های شیمیایی را به دقت رصد کنیم.تغییر در مقدار کمیت های شیمی فیزیکی اگر کلان و بزرگ مقیاس باشد معمولا با علامت دلتا∆ نمایش می دهیم که فرم دلخواه و مناسبی برای درک عملی این مفهوم در آزمایشگاه شیمی فیزیک است ولی اگر بخواهیم تغییرات بسیار بسیار کوچک را بررسی کنیم بهتر است از علامت دیفرانسیلdx برای بیان تغییر کمیت های شیمی فیزیکی استفاده کنیم.وقتی این تغییرات را در کمیت ظرفیت گرمایی به دقت مطالعه و بررسی کنیم به این نتیجه می رسیم که در حالت کلی همیشه در علم شیمی تغییر ظرفیت گرمایی مواد در انجام واکنش های شیمیایی به صورت ریاضی برابر است با تغییر آنتالپی واکنش های شیمیایی نسبت به دما در فشار ثابت؛ پس به معادله ای می رسیم که سه کمیت ظرفیت گرمایی و دما و آنتالپی را به هم پیوند می زند.این در واقع همان معادله مشهور ترموشیمی کیرشهوف است.اما تغییرات خام در علم شیمی به تنهایی نمی تواند بیانگر واقعیت ها و حقایق مواد و واکنش ها باشد پس باید از معادله کیرشهوف انتگرال بگیریم و پرده از
حقیقت این تغییرات بگشاییم.در آخر به معادله ساده شده ای می رسیم که بین آنتالپی واکنش ها و دما رابطه برقرار می کند و می توانیم پیش بینی کنیم که آنتالپی واکنش ها چگونه با دما تغییر می کند.در آن صورت می توانیم با یافتن بانک اطلاعات و پایگاه داده های ترمودینامیکی chemical thermodynmic data base در سایت ها و کتاب ها و منابع معتبر علمی به پیش بینی های منطقی و اصولی در مورد واکنش های شیمیایی بپردازیم.پیش بینی کردن موقعیت و شرایط آینده سیستم های شیمیایی در واقع یکی از مزیت ها و نقاط قوت شیمی محاسباتی است که زیبایی و جذابیت خاصی به آن بخشیده است.به عنوان مثال در علم شیمی می توان با استفاده از محاسبات ترمودینامیک شیمیایی دمای انفجار یا اصطلاحا run away temperature مخازن نفتکش، پالایشگاه های نفت، میدان های گازی و... را پیش بینی کرد و به این ترتیب از  خسارات زیاد احتمالی ناشی از انفجار و آتش سوزی جلوگیری کرد.چون هر ماده ای در علم شیمی به صورت کلی دمای انفجار خاصی دارد و با دانستن این موضوع می توان پیش بینی کرد که به عنوان مثال در چه شرایط و موقعیتی گاز متان خطرناک بوده و منفجر می شود.معادله ترموشیمی کیرشهوف نیز چنین خصلتی دارد و به ما کمک می کند شرایط بهینه و ایده آل را برای واکنش های شیمیایی پیدا کرده و با داشتن دما تشخیص دهیم که آنتالپی واکنش های شیمیایی چقدر است.دستور العمل و راه حل کلی برای اجرای این معادله بر روی واکنش های شیمیایی مختلف این است که ابتدا شرایط و وضعیت واکنش شیمیایی موردنظر را با توجه به معادله تفسیر و تحلیل کنیم و سپس در یک پروسه محاسباتی دقیق و مرحله به مرحله با انتگرال گیری از معادله کیرشهوف و نهایتا ساده کردن شکل معادله به یک معادله ساده برسیم که ارتباط بین دما و آنتالپی را به ما نشان دهد.این معادله ساده شده که از انتگرال گیری و دخل و تصرف ریاضی معادله کیرشهوف به دست آمده مثل سر نخ و  کلید بزرگی در اختیار شیمیدان هاست و ماهیت وجودی واکنش های شیمیایی را تبیین می کند.معادله کیرشهوف به عقیده من قدرت و عظمت علم سترگ شیمی را در پیش بینی  واکنش های شیمیایی نشان می دهد و اغراق نکرده ام اگر بگویم معادله کیرشهوف حقیقتا " دروازه بزرگ ترموشیمی" است و افق ها و کرانه های  جدیدی به روی ذهن ما می گشاید.به عنوان یک دانشجوی شیمی بزرگترین و ارزشمند ترین درسی که از محاسبات شیمی و مبانی تئوری علم شیمی یاد گرفتم این بود که اول بیندیش و عمیق فکر کن و آینده را پیش بینی کن و بعدا تصمیم بگیر و عمل کن.طراحی اصولی و علمی سیستم های شیمیایی دقیقا این طور هست.
📚نویسنده: جمال عبدالله زاده ۷ مرداد۱۴۰۴ خورشیدی📚

دوستان عزیز می توانید ما را در کانال تلگرام ایستگاه اندیشه ورزی و فلسفه شیمی جمال به نشانی t.me/JimiChem دنبال کنید؛ رسانه ای جذاب و جالب برای عاشقان علم شیمی به ویژه آنان که اندیشیدن مداوم به ماهیت علم شیمی را دوست دارند