La ley Dulong-Petit , una ley termodinámica propuesta en 1819 por los físicos franceses Pierre Louis Dulong y Alexis Thérèse Petit , establece la expresión clásica de la capacidad térmica específica de molares de ciertos elementos químicos. Experimentalmente, los dos científicos descubrieron que la capacidad calorífica por peso (la capacidad calorífica específica de la masa) para una serie de elementos era cercana a un valor constante, luego de haber sido multiplicada por un número que representa el presunto peso atómico relativo del elemento. Estos pesos atómicos habían sido sugeridos poco antes por John Dalton y modificados por Jacob Berzelius .
En términos modernos, Dulong y Petit encontraron que la capacidad de calor de un mol de muchos elementos sólidos es de aproximadamente 3 R , donde R es la constante moderna llamada constante de gas universal . Dulong y Petit desconocían la relación con R , ya que esta constante aún no se había definido a partir de la última teoría cinética de los gases. El valor de 3 R es de aproximadamente 25 julios por kelvin , y Dulong y Petit esencialmente encontraron que esta era la capacidad de calor de ciertos elementos sólidos por mol de átomos que contenían.
La teoría moderna de la capacidad calorífica de los sólidos afirma que se debe a las vibraciones de la red en el sólido y se derivó por primera vez en forma cruda de esta suposición por Albert Einstein en 1907. El modelo sólido de Einstein dio así por primera vez una razón por la cual La ley de Dulong-Petit debe establecerse en términos de las capacidades de calor clásicas para gases.
Formas equivalentes de declaración de la ley [ editar ]
Una declaración equivalente de la ley Dulong-Petit en términos modernos es que, independientemente de la naturaleza de la sustancia, la capacidad calorífica específica c de un elemento sólido (medido en julios por kelvin por kilogramo) es igual a 3 R / M , donde R es la constante de gas (medida en julios por kelvin por mol) y M es la masa molar (medida en kilogramos por mol). Por lo tanto, la capacidad calorífica por mol de muchos elementos es 3 R .
La forma inicial de la ley de Dulong-Petit fue:
donde K es una constante que conocemos hoy en día es de unos 3 R .
En términos modernos, la masa m de la muestra dividida por la masa molar M da el número de moles n .
Por lo tanto, usando la C mayúscula para la capacidad de calor total (en julios por kelvin), tenemos:
o
- .
Por lo tanto, la capacidad térmica de la mayoría de las sustancias cristalinas sólidas es de 3 R por mol de sustancia.
Dulong y Petit no declararon su ley en términos de la constante de gas R (que no se conocía entonces). En cambio, midieron los valores de la capacidad calorífica (por peso) de las sustancias y las encontraron más pequeñas para las sustancias de mayor peso atómico, según lo inferido por Dalton y otros atomistas tempranos. Dulong y Petit entonces encontraron que cuando se multiplica por estos pesos atómicos, el valor de la capacidad calorífica por mol era casi constante, e igual a un valor que más tarde fue reconocido como 3 R .
La ley también se puede escribir en función del número total de átomos N en la muestra:
- ,
Límites de aplicación [ editar ]
A pesar de su simplicidad, la ley de Dulong-Petit ofrece una predicción bastante buena para la capacidad de calor de muchos sólidos elementales con una estructura de cristal relativamente simple a altas temperaturas . Este acuerdo se debe a que en la teoría estadística clásica de Ludwig Boltzmann , la capacidad calorífica de los sólidos se aproxima a un máximo de 3 Rpor mol de átomos porque los grados de libertad en modo de vibración total ascienden a 3 grados de libertad por átomo, cada uno correspondiente a una cuadrática Término de energía cinética y un término de energía potencial cuadrático. Por el teorema de equipartición , el promedio de cada término cuadrático es 1 / 2 k B T , o 1⁄ 2 RT por mol (ver la derivación a continuación). Multiplicado por 3 grados de libertad y los dos términos por grado de libertad, esto equivale a 3 R por mol de calor.
La ley de Dulong-Petit falla a temperatura ambiente para que los átomos ligeros se unan fuertemente entre sí, como en el berilio metálico y en el carbono como diamante. Aquí, predice capacidades de calor más altas que las que se encuentran realmente, con la diferencia debido a los modos de vibración de mayor energía que no están poblados a temperaturas ambiente en estas sustancias.
En la región de temperatura muy baja (criogénica), donde la naturaleza mecánica cuántica del almacenamiento de energía en todos los sólidos se manifiesta con un efecto cada vez mayor, la ley falla para todas las sustancias. Para los cristales en tales condiciones, el modelo Debye , una extensión de la teoría de Einstein que explica las distribuciones estadísticas en la vibración atómica cuando hay cantidades menores de energía para distribuir, funciona bien.
Derivación para un sólido de Einstein [ editar ]
Un sistema de vibraciones en una red cristalina sólida se puede modelar como un sólido de Einstein, es decir, considerando los potenciales del oscilador armónico cuántico N a lo largo de cada grado de libertad. Entonces, la energía libre del sistema se puede escribir como [1]
Donde el índice α suma todos los grados de libertad. En el modelo de Einstein de 1907 (a diferencia del modelo de Debye posterior ), consideramos solo el límite de alta energía:
Entonces
y tenemos
Define la frecuencia media geométrica por
donde g mide el número total de grados espaciales de libertad del sistema.
Asi tenemos
Usando energia
tenemos
Esto da capacidad de calor a volumen constante.
Que es independiente de la temperatura.
El Eastern Analytical Symposium (EAS) y Exposition es una organización estadounidense que patrocina un Symposium and Exposition que generalmente se lleva a cabo en Princeton, Nueva Jersey, cada noviembre. Más de 2000 científicos asisten al Simposio y, por lo general, contiene varios cientos de artículos de las principales autoridades mundiales en química analítica.
La exposición asociada contiene información sobre tecnología e información de compañías que proporcionan instrumentación y servicios para la comunidad de científicos analíticos. Además, EAS ofrece un programa de educación continua que incluye cursos técnicos cortos y talleres de desarrollo profesional para científicos de laboratorio, así como sesiones de interés general dirigidas al público, especialmente a los estudiantes y sus profesores de química.
Patrocinadores [ editar ]
El Eastern Analytical Symposium and Exposition está patrocinado por las siguientes organizaciones: la División Analytical de la American Chemical Society , la American Chemical Society de Nueva York y Nueva Jersey, la American Microchemical Society, el Chromatography Forum de Delaware Valley, la Coblentz Society , el La Sociedad Microscópica de Nueva York, la Sociedad de Espectroscopía Aplicada del Valle de Delaware, Nueva York y las Secciones de Nueva Inglaterra, la Asociación de Directores de Laboratorios (ALMA) y la Asociación de Científicos Forenses de Nueva Jersey.
Premios [ editar ]
La Junta de Gobierno del Simposio Analítico del Este presenta premios cada año por contribuciones destacadas y logros en química analítica general [1] y en cinco áreas específicas de análisis. Las inscripciones de los premios dicen: "En reconocimiento a los logros sobresalientes en el campo de -----".
- Química analítica
- Resonancia magnetica
- Espectroscopia de infrarrojo cercano
- Quimiometría
- Espectrometría de masas
- Ciencia de separación o cromatografía
La Junta de Gobierno cada año también rinde homenaje a un Joven Investigador que está teniendo un impacto en el campo de la química analítica. El Awardee 2017 será el Prof. Dwight R. Stoll.
Además de los Premios EAS, los premios presentados por las organizaciones patrocinadoras en el Simposio incluyen:
- El Premio Benedetti-Pichler de la American Microchemical Society
- El premio Ernst Abbe de la New York Microscopical Society
- La medalla de oro de la Sociedad de Nueva York para espectroscopia aplicada
De 2012 a 2014, también se presentó un premio a una Nueva Facultad activa en RMN.
Historia [ editar ]
Desde su fundación en 1959, EAS se ha convertido en un lugar principal para que los analistas aprendan sobre nuevas tecnologías, nuevas aplicaciones para tecnologías más antiguas y desarrollos en campos tan diversos como el bioanálisis, el análisis farmacéutico, la ciencia forense, la gestión de laboratorios y el análisis ambiental. A lo largo de los años, la EAS ha sido el lugar donde se han introducido innovaciones en la ciencia analítica en la comunidad de científicos analíticos.
La primera EAS se llevó a cabo en 1959 en el Hotel New Yorker en la ciudad de Nueva York, con 1200 asistentes en 12 sesiones técnicas. La exposición contó con 38 expositores que mostraron lo último en insumos analíticos e instrumentación. Durante los primeros años en Nueva York, la EAS se llevó a cabo en varios hoteles de la ciudad a medida que aumentaba la asistencia. En la 10ª EAS, un taller sobre técnicas electroquímicas fue el origen de los talleres de los expositores, que luego se convertirían en una característica estándar del programa EAS. Para el 15º simposio, se entregaron importantes premios como parte del programa del Simposio, incluido el Premio Meggers Memorial, el Premio Hassler en Espectroscopía Aplicada y el Premio Anachem.
En 1973, la EAS se suspendió para apoyar a la FACSS (Federación de Sociedades de Química Analítica y Espectroscopia), cuyas reuniones se llevaron a cabo en una época similar del año. Después de dos años, se realizó un mini-simposio de EAS, y en 1977, el EAS volvió a su formato original en la ciudad de Nueva York. Durante los últimos años de la década de 1970 y la década de 1980, la EAS se trasladó de un lugar a otro de la ciudad de Nueva York, a medida que la asistencia seguía aumentando. Durante este período, la Junta de Gobierno del Simposio Analítico del Este comenzó a presentar sus propios premios a la excelencia en el análisis. En 1986, el primer Premio EAS a las contribuciones sobresalientes en los campos de la química analítica fue otorgado al profesor George Morrison, quien, aparte de sus muchas contribuciones científicas, había sido fundamental en el desarrollo inicial de la EAS. En la misma reunión, el Premio EAS a las contribuciones sobresalientes a la ciencia de las separaciones se presentó al profesor Csaba Horvath. En los años siguientes, se agregarían los premios EAS de contribuciones a otras áreas para reconocer las contribuciones a varias áreas de análisis. En la actualidad, EAS presenta los seis premios principales enumerados anteriormente a científicos distinguidos de todo el mundo en el Simposio anual.
Cuando comenzó la década de 1990, se hizo necesario que el Simposio de Análisis del Este encontrara un lugar para la reunión que satisfaga las necesidades de una reunión en crecimiento. En 1990, la EAS se trasladó al entonces nuevo Centro de Exhibición y Exhibición de Garden State en Somerset, Nueva Jersey. A medida que el simposio continuó creciendo, incluso el GSCEC parecía limitado. En el año 2000, la EAS se trasladó al Centro de Convenciones de Atlantic City, donde permaneció durante dos años. Sin embargo, a comienzos de la década de 2000, se decidió trasladar el EAS al Centro de Exhibiciones y Exhibiciones de Garden State, donde prospera hoy.
Aunque el simposio analítico del este comenzó como una reunión regional, donde las personas interesadas en la química analítica práctica de los laboratorios del noreste podrían reunirse para discutir problemas de interés común, ha crecido hasta la estatura internacional, con la asistencia de analistas de laboratorios de empresas y universidades de todo el mundo. el mundo. El Simposio ha crecido aún más para enfatizar una amplia variedad de tecnologías y áreas de aplicación que solo podían soñarse en 1959. Las aplicaciones a las áreas tradicionales de análisis todavía están representadas en las charlas, pero son exclusivas del Simposio Analítico del Este áreas como el Patrimonio y ciencia forense. A medida que el siglo XXI ha comenzado, EAS continúa brindando un hogar inclusivo para estudios analíticos prácticos, para educar sobre las últimas tecnologías,
Después de varias décadas de celebrar la reunión en Somerset, NJ, el simposio anual se trasladó a Princeton, NJ, en 2017.
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