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为什么有机化学家使用千卡?
最后更新:2021年5月24日|
有机化学家用千卡(kcal)代替千焦(kJ)是怎么回事?
国际公制(SI)的公制在法国大革命后不久于1791年在法国首次采用(他们的另一项创新- 10天工作周-没有幸存下来)。我是加拿大人,所以我是在公制中长大的,由于国际单位制是社交礼仪上必要的我只是假设所有的科学家都用它。
当我开始与有机化学家交往时,就像发现一群无耻的异教徒就在宗教法庭的眼皮底下活动。所有的键的强度和能量的值,我学过的,以千焦耳/摩尔为单位的,都以千卡的形式被抛回给我。作为一名加拿大人(也是一名刚毕业的学生),我礼貌地保留了对这种野蛮做法的批评,直到一个更合适的时机,同时保持着我的自鸣得意,认为SI是更正确的系统。
提醒你一下,“卡路里”是能量计量单位。它是将1克水的温度升高1摄氏度所需要的能量。虽然它仍然被用作食物能量的单位,但卡路里已经被国际体系的单位焦耳(J)所取代。
几个星期以来,我一直在听我的同事们开玩笑说卡路里是多少,我开始意识到这不仅仅是我自己的研究小组做的。这是整个社区有机化学家——在期刊上,在会议上,在日常谈话中。渐渐地,我也开始使用它。刚开始离开我在国际体系里的成长感觉有点淘气。然而,月复一月,我对使用千卡的抗拒开始瓦解——我用得越多,就越意识到它实际上是有机化学中一个更实用的测量单位。
在化学课上,我们学习了如何查询整个分子的生成热,这是一个非常大的数字。相比之下,当有机化学家谈论能量时,他们通常指的是化学键解离能和构象。由于有机化学中分子的种类是如此之多,我们通常无法奢侈地从表格中计算数值。因此,当考虑反应中的能量变化时,我们常常被迫将我们的推理建立在估计部分而不是整体的价值上。" C-O债券值多少钱?用溴代替它要多少钱?环翻转的能量是多少?氢键的作用是什么?”
这有点像从一个汽车经销商工作到一个拆车厂,有一天发现自己看着一辆车,心想“这个保险杠值多少钱?”
那么为什么有机化学家使用千卡呢?我可以想到4个原因。
1.在烷烃中,C-H键的强度为100千卡/摩尔,是一种方便的心理锚。
有机化学家经常考虑化学键的强度。在有机化学中最常见的键是C-H键,它的键强度约为100千卡/摩尔(注意:这个值可能会根据碳的取代而有很大变化,但对于简单的烷烃,如甲烷和乙烷,C-H键非常接近这个值)。它的单位是kJ/mol?472焦每摩尔。猜猜哪个数字更容易记?
在0-100的范围内工作是一种本能。
2.低能现象也适用于千卡刻度。
对于有机化学,千卡/摩尔是一种“适居”指标,即使1千卡/摩尔也很重要,但并非如此太有很重要的意义。例如,1千卡/摩尔的能量甚至不足以破坏一个键,但它仍然足以导致产物在平衡状态下的83:17的比例。再高一点,氢键的强度在2-7千卡/摩尔之间。
沿着同样的路线,当你学习构象时,你会被告知乙烷的旋转势垒(从“重叠”到“交错”形式)大约是10 kJ/mol。换算成千卡,大约是2.8千卡/摩尔。
所以在一端碳氢键的强度是100另一端是氢键构象变化在2-7千卡/摩尔左右。天平很好地融合了两者。
3.一般来说,较小的数字更容易处理。
关于键的强度值你会发现它们变化很大。根据你观察的位置,你可能会看到78-82千卡/摩尔的碳碳键强度值。处理4的不确定度似乎比处理kJ的不确定度要容易得多,kJ的不确定度是320-340 kJ/mol。也许只有我这样,但我喜欢处理较小的数字。当我问的时候,一位评论者说化学Reddit关于这个几天前,“千卡使我的错误看起来更小。”
4.只要有机会,有机化学家就喜欢把它强加给法国人。
只是开玩笑。事实上,根据维基百科,公制是在英国发明的,由本杰明·富兰克林引入法国。有本·富兰克林吗不是参与?那家伙太棒了。
底线:有机化学家发现用千卡/摩尔作为能量单位要方便得多。就我个人而言,我认为并谈论千卡/摩尔,但因为我不想增加人们对有机化学已经感到的困惑,所以我试着在这里保持kJ/mol,但如果我回到我觉得最舒服的能量测量,这就是为什么。
01键合、结构和共振
02酸碱反应
03烷烃和命名法
04构象和环烷烃
05有机反应入门
- 学习一种新反应时最重要的问题
- 组织中的4类主要反应
- 学习新的反应:电子如何移动?
- 电子如何(为什么)流动
- 学习一个新的反应时要问的第三个最重要的问题
- 有机化学中稳定负电荷的7个因素
- 有机化学中稳定正电荷的7个因素
- 常见错误:形式上的指控会产生误导
- 亲核试剂和亲电试剂
- 曲线箭头(用于反应)
- 弯曲箭头(2):最初的反面和最后的正面
- 亲核性与碱性
- 三类亲核试剂
- 什么是好的亲核试剂?
- 什么是好的离去基?
- 3个稳定碳正离子的因素
- 碳正离子不稳定的三个因素
- 什么是过渡态?
- 哈蒙德的假设
- 格罗斯曼的统治
- 先画丑的版本
- 学习有机化学反应:核对表(PDF)
- 加成反应简介
- 消除反应简介
- 自由基取代反应导论
- 氧化裂解反应导论
06自由基反应
07立体化学和手性
08置换反应
09消除反应
11SN1 SN2 / E1、E2的决定
12烯烃的反应
- 烯烃的E、Z表示法(+ Cis/Trans)
- 烯烃的稳定性
- 加成反应:消去的反义词
- 选择性vs.特异性
- 烯烃加成反应的区域选择性
- 烯烃加成反应的立体选择性:Syn与Anti加成
- 烯烃中盐酸的马氏加成法
- 烯烃加氢卤化机理及其对马氏规则的解释
- 箭推和烯烃加成反应
- 添加模式#1:“碳正离子途径”
- 烯烃加成反应中的重排
- 烯烃的溴化
- 烯烃的溴化反应机理
- 烯加成模式#2:“三元环”途径
- 硼氢化反应——烯烃的氧化
- 烯烃的硼氢化氧化机理
- 烯烃添加模式#3:“协同”途径
- 溴离子的形成:一个(次要)推箭困境
- 第四种烯烃加成模式-自由基加成
- 烯烃反应:臭氧分解
- 概述:烯烃反应机理的三个关键家族
- 钯对碳(Pd/C)催化加氢
- OsO4(四氧化锇)用于烯烃的二羟基化
- 间氯过氧苯甲酸
- 合成(4)-烯烃反应图,包括卤代烷基反应
- 烯烃反应练习题
13炔的反应
14醇,环氧化合物和醚
- 醇。命名法和性质
- 酒精可以充当酸或碱(以及为什么它很重要)
- 醇类-酸性和碱性
- 威廉姆森醚合成
- 威廉姆森醚合成:规划
- 烯烃、叔烷基卤化物和烷氧汞的醚
- 醇通过酸催化合成醚
- 醚与酸的裂解
- 环氧化物-醚家族中的异类
- 用酸打开环氧化物
- 环氧环开口与基地
- 从醇中制取烷基卤化物
- Tosylates和Mesylates
- PBr3和SOCl2
- 醇的消除反应
- POCl3消除醇生成烯烃的研究
- 酒精氧化:“强”和“弱”氧化剂
- 揭开酒精氧化机制的神秘面纱
- 醇和醚的分子内反应
- 酒精保护团体
- 硫醇和硫醚
- 计算碳的氧化态
- 有机化学中的氧化与还原“,
- 氧化梯子
- 醇制卤代烃的SOCl2机理:SN2 vs SNi
- 酒精反应路线图(PDF)
- 酒精反应练习题
- 环氧反应测验
- 氧化还原练习测验
15有机金属化合物
16光谱学
17Dienes和MO理论
- 有机化学中会发生什么
- 这些分子是共轭的吗?
- 有机化学中的共轭与共振
- 成键和反键轨道
- 烯丙基阳离子、烯丙基自由基和烯丙基阴离子的分子轨道
- 丁二烯的分子轨道
- 二烯反应:1,2和1,4加成
- 热力学和动力学产物
- 更多在1,2和1,4添加到双烯
- 顺式和反式
- Diels-Alder反应
- Diels-Alder反应中的环二烯和亲二烯
- Diels-Alder反应的立体化学
- Exo vs Endo产品在Diels Alder:如何区分他们
- Diels Alder反应中的HOMO和LUMO
- 为什么Endo vs Exo产品在Diels-Alder反应中更受青睐?
- Diels-Alder反应:动力学和热力学控制
- 复古Diels-Alder反应
- 分子内Diels Alder反应
- Diels-Alder反应中的区域化学
- Cope和Claisen重排
- Electrocyclic反应
- 电循环环开启和关闭(2)-六(或八)π电子
- Diels Alder练习题
- 分子轨道理论实践
19芳香分子的反应
- 亲电芳香族取代:简介
- 亲电芳香族取代反应中的激活和失活基团
- 亲电芳香族取代反应机理
- 亲电芳香族取代中的邻位、对位和元位董事
- 理解Ortho, Para和Meta director
- 为什么卤素是正对位的?
- 双取代苯:最强电子供体“胜出”
- 亲电芳香族取代(1)-苯的卤化
- 亲电芳香族取代(2)-硝化和磺化
- EAS反应(3)- Friedel-Crafts酰基化和Friedel-Crafts烷基化
- 分子内Friedel-Crafts反应
- 亲核芳烃取代(NAS)
- 亲核芳香族取代(2)-苄基机制
- “苄基”碳的溴化与氧化反应
- Wolff-Kishner, Clemmensen和其他羰基还原
- 芳香族侧链上的更多反应:硝基还原和拜耳Villiger反应
- 芳香族合成(1)-“操作顺序”
- 苯衍生物的合成(2)-极性反转
- 芳族合成(3)-磺酰基阻滞基团
- 桦树减少
- 合成(7):苯及相关芳香族化合物的反应图谱
- 芳香族反应与合成实践“,
- 亲电芳香取代的实践问题
谢谢你的解释。作为一名物理学家,我从小也被灌输这样的观念:偏离SI是一种罪过。我记得当人们用MeV或keV来表示粒子能量时,我很沮丧。
有趣的是,在我目前的领域,我们经常谈论粒子能量,我终于习惯了使用这些单位,并看到了调整系统以满足您的需求的实用性。如果有人走到我面前,开始谈论8飞焦质子,我可能会看着他们,就好像他们来自火星....50不过,MeV也没关系。
谢谢你给我解释这个,我们的课上周刚刚开始讲构象,现在我明白为什么用千卡/摩尔表示能量是有用的了,现在我正在研究一个环或链,并试图计算出从一个构象到另一个构象的吉布斯能的变化。谢谢你詹姆斯。
美索
我的荣幸,很高兴你觉得有用。
我所看到的类在使用kcal或kJ方面的差异大约为50:50。我认为有时我们忘记了单位的存在是为我们服务的,而不是相反。我完全支持一致性,但如果使用稍微不同的度量标准在理解上有显著优势,那么无论如何都要使用它。
我喜欢这种观点——单位是达到目的的一种手段。
另一件需要意识到的事情是,它们对于学科之间的交流至关重要。由于不使用单位而造成的困惑是无止境的,这是我周围的许多工程师都容易做的事情。
我认为你可以用焦耳来测量能量或者你可以用其他的方法。
以下是我在过去12个月里收集的一些。
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199个名称所需的转换因子= 39402
注意所有不同的btu, BThU, BTUs,卡路里,卡路里,cal, cal这些都有不同的值根据观察的温度。
还要注意,我们的政治家几乎不可能在石油峰值、能源峰值、全球变暖或气候变化的背景下理性地讨论能源,因为所有这些单位都可能存在混淆和混淆。
另一方面,如果我们在所有情况下都用焦耳表示能量,那么就只有一个值,只有一个定义,唯一的转换就是决定是否使用毫焦耳、焦耳、千焦耳等等。
欢呼,
帕特Naughtin
吉朗,澳大利亚
哇。你靠对公制的热情来谋生。这是惊人的。
如果这能让人感到些许安慰的话,那么有机化学家们在化学键强度上转向桶油等价物的可能性是相当低的。
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