Tiede jakautuu laajasti kolmeen alaan – fysiikkaan, kemiaan ja biologiaan. Ensimmäinen haara, eli fysiikka, on jaettu edelleen moniin osiin, kuten mekaaniseen, radioaktiiviseen, hiukkaseen, aaltoon jne. Tärkeimmistä työaloista termodynamiikka ja kinetiikka ovat ratkaisevia minkä tahansa tutkinnon suorittamisen kannalta. Näillä kahdella alalla on laajempi soveltamisala, eivätkä ne rajoitu vain tähän monitieteiseen lähestymistapaan.
Termodynamiikka vs kinetiikka
Suurin ero termodynamiikan ja kineetiikan välillä on, että ensimmäinen perustuu tapahtumaan, kun taas jälkimmäinen perustuu nopeuteen, jolla tietty kemiallinen reaktio tai prosessi saattaa edetä. Molemmat perustuvat matemaattisiin faktoihin ja tieteellisiin arvauksiin. Katalyyttejä, inhibiittoreita jne. käytetään säätämään reaktion nopeutta.
Termodynamiikka määritellään reaktion spontaanisuuden tutkimukseksi. Se toimii arvailun periaatteella, koska reagoivien aineiden odotettu kohtalo on tämän tieteenalan painopiste.
Kinetiikka määritellään reaktion nopeuden tutkimukseksi. Molekyylit sekä muut materiaalit voidaan ottaa huomioon tässä muuntamisessa. Kinetiikka käsittelee enemmän nopeutta kuin reaktion mahdollisuutta.
Termodynamiikan ja kineetiikan vertailutaulukko
| Vertailuparametrit | Termodynamiikka | Kinetiikka |
| Määritelmä | Se on tutkimus lämpöenergian ja muiden muunnettavien muotojen välisestä suhteesta. | Se on tutkimus kemiallisen reaktion liikkeestä kontrolloiduissa ilmakehän olosuhteissa, kun käytetään sopivaa voimaa. |
| Päälause | Termodynamiikkaa leimaa pääasiassa vapaan energian muutoksen käsite, joka tunnetaan myös nimellä Gibbsin vapaa energia. | Kinetiikka nojaa reaktanttien tarvitsemaan aktivointienergiaan lähimmän energiaesteen ylittämisessä, jotta reaktio voi tapahtua nopeasti. |
| Soveltamisala | Sitä sovelletaan vain vakauden tapauksessa. | Sitä sovelletaan vain siirtymävaiheissa. |
| Tärkein parametri | Tietyn reaktion liikkeellepaneva voima on tärkein termodynamiikan määräävä tekijä. | Olemassa olevien energiaesteiden ylittämistä pidetään kinetiikan tärkeimpänä osa-alueena. |
| Ongelmat ratkaistu | Ratkaisee reaktion esiintymiseen liittyvät ongelmat. | Ratkaisee ongelmat, jotka liittyvät nopeuteen, jolla todennäköinen reaktio tapahtuisi. |
Mitä on termodynamiikka?
Termodynamiikka vastaa kysymyksiin, kuten tapahtuuko reaktio vai ei. Todennäköisyys arvataan käyttämällä termodynamiikan lakeja puhtaassa tilassa. On myös lukuisia pysyviä tekijöitä, jotka vaikuttavat tietyn prosessin spontaanisuuteen. Lisäksi tuotteilla tulisi olla korkea piilevä stabiilisuus kuin yksittäisillä reagoivilla aineilla, jotta suositaan tietyn reaktion oikealle suuntautuvaa liikettä.
Termodynamiikka perustuu vapaan energian vähenemiseen. Yleisesti ajatellaan, että vapaata energiaa voi olla kolmessa tilassa - positiivisessa, negatiivisessa ja nollassa. Mitä tulee termodynamiikkaa koskeviin spontaaneihin reaktioihin, vapaan energian negatiivinen arvo on ratkaiseva näkökohta. Arrhenius-yhtälöllä on myös tärkeä rooli, koska lämpötilan vaihteluilla on suora yhteys termodynaamisiin prosesseihin.
Termodynamiikka ylläpitää myös tasapainoa. Sitä voidaan edelleen tutkia vakaana ja metastabiilina. Kun aineen tilat muuttuvat toisiksi muunneltaviksi muodoiksi tiettyjä ulkoisia tekijöitä säätelemällä, tarvitaan tietty määrä energiaa työntämään reaktiivista materiaalia oikeaan suuntaan. Se tunnetaan myös käyttövoimana, jota käytetään vähimmäisaktivointienergian määrittämiseen. Termodynamiikan ydin kemiallisissa reaktioissa on korkea näiden termien tarkkojen arvausten vuoksi.
Mikä on kinetiikka?
Kineettiseen malliin viitaten pääasiallisena kiistana on aika, jossa reagoiva aine muuttuu halutuiksi tuotteiksi. Tuotteiden loppuvaiheesta tai kohtalosta sen jälkeen, kun ne on jätetty optimaalisiin olosuhteisiin, ei keskustella. Toisin sanoen lause on, että kinetiikka on dynaamisempaa kuin termodynamiikka etymologiasta riippumatta.
Kinetiikka käsittelee yleensä nopeuden määritystä, vaikka mitään ulkoista voimaa ei voida käyttää vaikuttamaan edellä mainittuun nopeuteen. Laskelmat auttavat teoreetikkoa analysoimaan kahden tai useamman aineen reaktiivisuutta, mikä tehostaa tutkimustyötä entisestään. Kineetiikan tarkkaan tutkimiseen vaadittava erityinen tila on siirtymätila. Toisin sanoen järjestelmien ei tarvitse olla tasapainossa, vaan jatkuvassa liikkeessä epätasapainon ja tasapainon välillä (tai päinvastoin).
Kinetiikka tarvitsee aikaraon kahden muunnostavan välillä. Reaktanttien on voitettava energiaesteitä saavuttaakseen lopullisen tasapainotilan. Sama koskee tuotteiden muuntamista takaisin lähtöaineiksi kemiallisen prosessin tarpeen mukaan. Joskus kinetiikka auttaa myös määrittämään materiaalivaiheissa tapahtuvia muutoksia.
Tärkeimmät erot termodynamiikan ja kineetiikan välillä
Johtopäätös
Eri prosessit vaihtelevat johtavuustavan, ominaisuuksien, lopputulosten ja monien muiden parametrien mukaan. Mitä tulee termodynamiikkaan ja kinetiikkaan, niiden vaihtelut ovat paljon monimutkaisempia inklusiivisuuden ansiosta. Toisin sanoen termodynamiikka ja kinetiikka ovat erilaisia, mutta liittyvät toisiinsa. Keskinäistä suhdetta pidetään kemiallisena.
Tutkijat keskittyvät pääasiassa yhteisiin kohtiin, jotka edistävät reaktioita. Molempien käsiteltyjen akateemisilla todisteilla ei ole niin paljon merkitystä kuin matemaattisilla laskelmilla. Niihin liittyvät lait ja lauseet voidaan ottaa huomioon numeerisen ratkaisemisen prosessissa samanaikaisesti. Myös graafiset menetelmät ovat käyttökelpoisia useimmissa tapauksissa.
