Чому хіміки-органіки використовують кілокалорії; Магістр органічної хімії
Останнє оновлення: 21 грудня 2019 р. |
Яка справа з хіміками-органіками, які використовують кілокалорії (ккал) замість кілоджоулів (кДж)?
Вперше метрична система System Internationale (SI) була прийнята у Франції у 1791 році незабаром після Французької революції (одне з їхніх нововведень, прийнятих революціонерами - десятиденний тиждень - не збереглося). Я канадець, тому я виріс повністю в метричній системі, і оскільки одиниці СІ - це вимірник вимірювання в науці, я просто припустив, що всі вчені використовували це.
Коли я почав тусуватися з хіміками-органіками, це було ніби знаходити цілу груду безсоромних єретиків, що діяли прямо під носом інквізиції. Всі значення міцності та енергії зв’язку, які я вивчив і запам’ятав у кілоджоулях/моль, були кинуті на мене кілокалоріями. Будучи канадцем (і новим студентом), я ввічливо стримував свою критику щодо цієї варварської практики до більш зручного часу, одночасно зберігаючи свою самовпевненість, що СІ є більш правильною системою.
[Щоб просто побігти пам’яттю, „калорія“ - це одиниця виміру енергії. Це енергія, необхідна для підвищення температури 1 граму води на 1 градус Цельсія. Хоча він і досі використовується як одиниця харчової енергії, калорія замінена на одиницю Systeme Internationale джоуль (J). Калорія дорівнює 4,184 Дж.]
Після кількох тижнів, коли мої колеги чули сміяння в кілокалоріях, мені стало свідомо, що це робила не лише моя дослідницька група. Це була ціла спільнота хіміків-органіків - у журналах, на конференціях, у невимушеній розмові. І потроху я теж почав цим користуватися. Спочатку мені здавалося неслухняним, щоб уникнути мого виховання в системі Internationale. Однак місяць за місяцем мій опір використанню ккал почав руйнуватися - чим більше я його використовував, тим більше я розумів, що це насправді є більш практичною одиницею виміру для органічної хімії.
У Gen chem ми дізнаємось, як шукати теплоти утворення цілих молекул, яких може бути досить багато. У контрасті, коли органічні хіміки говорять про енергії, вони зазвичай говорять про енергії дисоціації зв’язків та конформації. Оскільки різноманітність молекул в органічній хімії настільки величезна, ми часто не маємо розкоші вміти працювати зі значеннями з таблиць. Тому, думаючи про енергетичні зміни в реакції, ми часто змушені базувати свої міркування на оцінці вартості деталей, а не цілого. "Чого вартий цей обліковий запис C-O? Скільки коштує його заміна бромідом? Яка енергія для цього перевертання кільця? Який внесок має цей водневий зв’язок? ".
Це як би перейти від роботи в автосалоні до відбивної майстерні і одного дня виявити себе, дивлячись на машину і думати "чого вартий цей бампер?"
То чому хіміки-органіки використовують ккал? Я можу подумати про 4 причини.
1. Міцність зв'язку C-H в алканах 100 ккал/моль є зручним розумовим якорем.
Хіміки-органіки багато думають з точки зору міцності зв’язків. Найпоширенішим зв’язком, який ви знайдете в органічній хімії, є зв’язок CH, який має міцність зв’язку близько 100 ккал/моль (примітка: це значення може значно змінюватися в залежності від заміщення вуглецем, але для простих алканів, таких як метан та етан, зв'язок СН дуже близький до цього значення). Яке це значення в кДж/моль? 472 кДж/моль Здогадайся, яке число легше запам'ятати?
У роботі за шкалою 0-100 є просто щось інстинктивне.
2. Явища низької енергії також добре вписуються в шкалу ккал.
Для органічної хімії ккал/моль є своєрідною метрикою “золотого”, оскільки навіть 1 ккал/моль є значним, але не надто значним. Наприклад, 1 ккал/моль навіть близько до того, щоб бути достатньою енергією для розриву зв'язку, але все одно достатньо, щоб співвідношення продуктів у рівновазі становило 83:17. Піднімаючись трохи вище, водневі зв’язки мають міцність десь від 2-7 ккал/моль.