భౌతిక, రసాయన, జీవ రసాయన ప్రక్రియల్లో ఉష్ణానికి, ఇతర రూపాల్లో ఉండే శక్తులకూ మధ్య ఉండే పరిమాణాత్మక సంబంధాలు, వ్యవస్థ-పరిసరాల మధ్య జరిగే ద్రవ్యం, ఉష్ణశక్తి ప్రసరణలను గురించి వివరించేదే ఉష్ణగతికశాస్త్రం. రసాయన చర్యల వేగాన్ని రసాయనిక గతిశాస్త్రం వివరిస్తే, ఆ చర్య అయత్నీకృతంగా జరుగుతుందో లేదో తేల్చి చెప్పేది ఉష్ణగతికశాస్త్రం. విశ్వమంతటినీ రెండు భాగాలుగా ఊహించుకుంటే అందులో అధ్యయనం కోసం తీసుకునే చిన్న భాగాన్ని 'వ్యవస్థ' అని, మిగతా భాగాలను 'పరిసరాలు' అంటారు.

విశ్వం = వ్యవస్థ + పరిసరాలు

వ్యవస్థలు మూడు రకాలు. అవి 

* తెరచి ఉన్న (వివృత) వ్యవస్థ: పరిసరాలతో ద్రవ్యం, శక్తి రెండిటినీ వినిమయం చేసుకోగల వ్యవస్థ

ఉదా: మూతలేని బీకరులో నీటిని వేడి చేయటం

* మూసి ఉన్న (సంవృత) వ్యవస్థ: పరిసరాలతో ద్రవ్యాన్ని కాకుండా శక్తిని మాత్రమే వినిమయం చేసుకొనే వ్యవస్థ. ఉదా: మూసి ఉన్న పాత్రలో నీటిని వేడి చేయటం.

*  వివక్త వ్యవస్థ: పరిసరాలతో ద్రవ్యాన్ని లేదా శక్తిని వినిమయం చేసుకోని వ్యవస్థ. ఉదా: ఫ్లాస్కులో ఉండే వేడి కాఫీ ఉష్ణగతికశాస్త్ర అధ్యయానికి మరికొన్ని భావనలు, బీజ గణిత పరిమాణాలు, ఇతర విషయాల అధ్యయనం తప్పనిసరి.

పని: వస్తువును కదిలించటానికి అవసరమయ్యే బలం

                                     పని  =  బలం ×  స్థానభ్రంశం 

                                      dW = PdV  లేదా W = P(V₂-V₁)

కేలరీ:   1 కేలరీ = 4.18 జౌళ్లు

శక్తి:  పనిచేసే సామర్థ్యం

స్థితిజ శక్తి:  ఒక వస్తువు స్థితి లేదా స్థానం కారణంగా పొందే శక్తి. 

                             స్థితిజ శక్తి = mgh

గతిజ శక్తి: ఒక వస్తువు కొంత వేగంతో ప్రయాణించినప్పుడు దానికి కలిగే శక్తి. 

                               గతిజ శక్తి  

విస్తార ధర్మాలు: వ్యవస్థలోని ద్రవ్యం మొత్తం పరిమాణంపై ఆధారపడే ధర్మాలు.

ఉదా: ఉష్ణధారణ, ద్రవ్యరాశి, ఎంట్రోపీ, ఘనపరిమాణం, గిబ్స్ శక్తి, అంతరిక శక్తి, ఎంథాల్పీ

గ్రహన ధర్మాలు: వ్యవస్థలోని ద్రవ్య పరిమాణంపై ఆధారపడని ధర్మాలు.

ఉదా: బాష్పపీడనం, సాంద్రత, ఘనీభవన, బాష్పీభవన స్థానాలు, మోలార్ ఉష్ణధారణ, మోలార్ ఎంట్రోపీ, మోలార్ ఘనపరిమాణం, ఉష్ణోగ్రత, పీడనం, స్నిగ్ధత, తలతన్యత, వక్రీభవన గుణకం, విశిష్టోష్ణం భౌతిక, రసాయన ప్రక్రియల్లో భిన్న శక్తి రూపాల మధ్య (ముఖ్యంగా ఉష్ణశక్తి) జరిగే మార్పుల్ని ఉష్ణగతిక శాస్త్ర శూన్య, మొదటి, రెండో, మూడో నియమాలు వివరిస్తాయి.

ఉష్ణగతిక శాస్త్ర శూన్య నియమం: A, B అనే రెండు వస్తువులు విడివిడిగా C అనే వస్తువుతో ఉష్ణ సమతాస్థితిలో ఉంటే, A, B, C మూడు వస్తువులూ ఉష్ణ సమతాస్థితిలో ఉన్నట్టే.

ఉష్ణగతిక శాస్త్ర మొదటి నియమం: ఒక రూపంలో ఉన్న శక్తిని వేరొక రూపంలోకి మార్చవచ్చు. కానీ శక్తిని సృష్టించలేం, నాశనం చేయలేం.

చక్రీయంగా పనిచేస్తూ శక్తిని ఏమాత్రం వినియోగించుకోకుండా పని పూర్తిచేయగల మొదటి రకం సతతచలన యంత్రాన్ని నిర్మించటం సాధ్యపడదు.

వ్యవస్థ, పరిసరాల మొత్తం శక్తి స్థిరం.
ఉష్ణానికి సమానమైన పని ఉంటుంది. 

                            q =   E + W

ఇక్కడ  q =  ఉష్ణశక్తి ధనాత్మకం (వ్యవస్థ ఉష్ణాన్ని గ్రహించినప్పుడు) 

E   =  అంతరిక శక్తి ధనాత్మకం (వ్యవస్థలో అంతరిక శక్తి పెరిగినప్పుడు) 

W =  జరిగిన పని ధనాత్మకం (వ్యవస్థపై పని జరిగింది)

ఉష్ణగతిక శాస్త్ర రెండో నియమం:  చల్లని వస్తువు నుంచి ఉష్ణం దానంతట అదే వెళ్లలేదు. 

*  రెండో రకం సతత చలన యంత్ర నిర్మాణం అసాధ్యం. 

* వ్యవస్థ, దాని పరిసరాల్లో ఎలాంటి మార్పులూ చేయకుండా ఉష్ణశక్తిని పూర్తిగా పనిగా మార్చడం అసాధ్యం. 

* అన్ని అయత్నీకృత చర్యల్లో వ్యవస్థ ఎంట్రోపీ పెరుగుతుంది.

ఉష్ణగతిక శాస్త్ర మూడో నియమం: పరమశూన్య ఉష్ణోగ్రత (0ºK) వద్ద పరిపూర్ణ, శుద్ధ స్ఫటిక పదార్థ ఎంట్రోపీ విలువ శూన్యం.

అంతరిక శక్తి (E) : ఒక పదార్థంలో అంతర్గతంగా కొంత పరిమాణంలో ఇమిడి ఉన్న శక్తి. 

E  = Ep - ER  

E  =  అంతరిక శక్తిలో మార్పు 

Ep  =  క్రియాజన్యాల అంతరిక శక్తి 

ER  =  క్రియాజనకాల అంతరిక శక్తి

ఎంథాల్పీ లేదా ఉష్ణపరిమాణం (H):  స్థిరపీడనం వద్ద వ్యవస్థ ఉష్ణ పరిమాణం. 

qp =    H = Hp - HR

qp = స్థిర పీడనం వద్ద వ్యవస్థ గ్రహించిన ఉష్ణం ;       
H = క్రియాజనకాల, క్రియాజన్యాల ఎంథాల్పీలో మార్పు 
Hp = క్రియాజన్యాల ఎంథాల్పీ ;                  
HR = క్రియాజనకాల ఎంథాల్పీ 

H =     E + P V =     E +    ​​​​​​​ nRT   లేదా
​​​​​​​ U +   ​​​​​​​ ngRT        ఇక్కడ     ​​​​​​​ U = qv

ng  = వాయురూపంలో ఉన్న  క్రియాజన్యాల మోల్‌ల సంఖ్య - వాయురూపంలో ఉన్న  క్రియా జనకాల మోల్‌ల సంఖ్య. ఉష్ణధారణ (C):  ఒక పదార్థ ఉష్ణోగ్రతను 1ºC పెంచడానికి అవసరమైన ఉష్ణరాశి. 

Cv = స్థిర ఘనపరిమాణం వద్ద ఉష్ణధారణ 

Cp = స్థిర పీడనం వద్ద ఉష్ణధారణ

ఆదర్శ వాయువులకు Cp , Cv ల మధ్య సంబంధం 
Cp = Cv + R

 

= 1.66  (ఏక అణుక వాయువులు ఉదా: He, Ar) 

= 1.40  (ద్వి అణుక వాయువులు ఉదా: H₂, O₂, CO) 

= 1.30  (త్రి అణుక వాయువులు ఉదా: O₃, CO₂, H₂S)

విశిష్టోష్ణం (S): 1 గ్రామ్ పదార్థ ఉష్ణోగ్రతను 1ºC పెంచడానికి అవసరమైన ఉష్ణరాశి.
 

మోలార్ ఉష్ణం:   విశిష్టోష్ణం ×  పదార్థ (మోలార్) భారం

ఉష్ణమోచక చర్య:  ఉష్ణం వెలువడే రసాయన చర్య.

ఉదా:  C + O₂     CO₂ + 393.5 కి.జౌ. (గ్రాఫైట్)

ఉష్ణగ్రాహక చర్య:  ఉష్ణాన్ని గ్రహించే రసాయన చర్య. 

ఉదా: N₂ (వా) + O₂ (వా)     2NO (వా) - 181 కి.జౌ.

రసాయన చర్యల వల్ల ఉష్ణంలో కలిగే మార్పుల్ని కొలిచే పద్ధతులను కెలోరిమెట్రీ అంటారు. కెలోరిమెట్రీలో ఉపయోగించే సాధనాన్ని కెలోరీ మీటరు అంటారు. దహన చర్యల్లో మొదటి రకం (ఉదా: బాంబ్ కెలోరీ మీటరు) కెలోరీ మీటరును, రసాయన చర్యల్లో రెండో రకం కెలోరీ మీటరుని ఉపయోగిస్తారు. 

వివిధ రకాల చర్యోష్ణాలు

సంఘటనోష్ణం (సంశ్లేషణోష్ణం): ఒక మోల్ పదార్థం దాని మూలకాల నుంచి ఏర్పడినప్పుడు వెలువడే లేదా గ్రహించే ఉష్ణరాశి.

ఉదా: H₂ (వా.)  +   O₂ (వా.)   H₂O (ద్ర.);   H = -286 కి.జౌ. 

ప్రమాణ సంఘటనోష్ణం: ప్రమాణ స్థితిలో ఉండే మూలకాల నుంచి ఒక మోల్ ప్రమాణ స్థితిలో ఉండే పదార్థం ఏర్పడటంలో వెలువడిన లేదా గ్రహించిన ఉష్ణం.

ఉదా: C (గ్రాఫైట్) (ఘ) + 2 H₂ (వా)    CH₄ (వా); = -74.8 కి.జౌ. 

దహనోష్ణం:  ఒక మోల్ పదార్థాన్ని పూర్తిగా ఆక్సిజన్‌లో మండించినప్పుడు వెలువడే ఉష్ణరాశి.

ఉదా: C (గ్రాఫైట్) + O₂ (వా)    CO₂ (వా);    H  =  -393.5 కి.జౌ.

తటస్థీకరణోష్ణం:  ఒక గ్రాము తుల్యాంక భారమున్న ఆమ్లం, ఒక గ్రాము తుల్యాంక భారం ఉన్న క్షారంతో పూర్తిగా తటస్థీకరణం చెందినప్పుడు వెలువడే ఉష్ణరాశి. 

HCl (జల) + KOH (జల)   KCl (జల) + H2O (ద్ర);   H = -57.3 కి.జౌ.

పరమాణీకరణోష్ణం: ఒక మోల్ వాయుస్థితిలో ఉన్న అణువుల్ని అనుఘటక పరమాణువుగా విడగొట్టడానికి అవసరమయ్యే ఉష్ణరాశి

ఉదా: H2 (వా )  

  2 H (వా.);   H =  43.5 కి.జౌ.

ఉత్పతనోష్ణం:  ఒక మోల్ ఘన పదార్థాన్ని వేడిచేస్తే అది ఉత్పతనం చెందడానికి అవసరమైన ఉష్ణరాశి.

ప్రమాణ స్థితులు:  గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఒక పదార్ధానికి ఉండే స్థిరమైన భౌతిక స్థితి.

 విలీన ఉష్ణ పరిమాణం: నిర్దిష్ట ద్రావణిలో నిర్దిష్ట ద్రావితాన్ని కరిగించడంలో వచ్చే ఎంథాల్పీలోని మార్పు.

 లాటిస్ ఎంథాల్పీ: అనంత దూరంలో ఉన్న కాటయాన్లు, ఆనయాన్లను (తగు సంఖ్యలో) దగ్గరకు చేర్చి ఒక మోల్ అయానిక ఘనస్ఫటికాన్ని ఏర్పరచడంలో ఎంథాల్పీలో వచ్చే మార్పు. హెజ్ నియమం ఆధారంగా బార్న్-హేబర్ వలయాన్ని నిర్మించారు.

హెజ్ నియమం: ఒక చర్య ఒక దశలో జరిగినా, అనేక దశల్లో జరిగినా ఎంథాల్పీలో మొత్తం మార్పు స్థిరంగా ఉంటుంది.

I వ మార్గం: ఏకదశ

తగినంత ఘన సోడియం, క్లోరిన్ వాయువుతో చర్య జరిపి ఒక మోల్ NaCl ఘన పదార్థాన్ని ఏర్పరచడం. దీనిలో ఉష్ణశక్తిని సంఘటన ఉష్ణ పరిమాణం (Q) అంటారు.

హెస్ నియమం అనువర్తనాలు:

* రసాయన చర్యలో ఏర్పడే మధ్యస్థ అస్థిర పదార్థాల సంశ్లేషణోష్ణాలను పరోక్షంగా లెక్కించవచ్చు. 

* NaCl స్ఫటికాల స్ఫటిక జాలక శక్తిని లెక్కించవచ్చు.

*  అతి నెమ్మదిగా జరిగే చర్యల చర్యోష్ణాన్ని లెక్కించవచ్చు.

 ఎంట్రోఫీ:  వ్యవస్థలోని అణువుల క్రమరాహిత్యం. 

ఎంట్రోఫీ   క్రమరాహిత్యం. 

S వాయువు > S ద్రవం > S ఘనం    
ఎంట్రోపీని 'క్లాసియస్' అనే శాస్త్రవేత్త ప్రవేశపెట్టాడు. ప్రకృతిలో జరిగే అన్ని చర్యలూ అద్విగతం, అయత్నీకృతం. అయత్నీకృత ప్రక్రియల్లో ఎంట్రోపీ ఎల్లప్పుడూ ధనాత్మకమే.

పరమ ఎంట్రోపీ: నిర్దిష్ట ఉష్ణోగ్రత వద్ద ప్రమాణ స్థితిలో ఉన్న ఒక మోల్ పదార్థ ఎంట్రోపీ.

గిబ్స్ శక్తి: ఎంథాల్పీ నుంచి ఎంట్రోపీ, పరమ ఉష్ణోగ్రతల లబ్ధాన్ని తీసివేస్తే వచ్చేది గిబ్స్ శక్తి. 

G = H - TS 

అయత్నీకృత చర్యలకు  G < 0 

అయత్నీకృతం కాని చర్యలకు  H > 0 

సమతాస్థితి చర్యలకు  G = 0

అయత్నీకృత స్వభావానికి  

H,  S,  G, T ల మధ్య సంబంధం

​​​​​​​​​​​​​​