热化学历史
调节用字母H(单位:焦耳,J)表示,来源于英文单词热容量。
另外,在化学和技术文献中,摩尔焓Hm(单位:千焦/摩尔KJ/mol)和比焓h(单位:千焦/千克KJ/Kg)也很重要,它们描述了物质的量n和质量m中焓的定义。
焓是内能和体积的勒壤得转换。
它是SpN的总热势能。
在介绍焓之前,我们需要了解一下分子热运动,热力学能量和热力学第一定律:1827,英国植物学家布朗把非常细小的花粉放在水面上,用显微镜观察,发现花粉在水面上不停地运动,运动轨迹极不规则。
起初人们以为是外界影响,比如振动或者液体对流,但后来的实验证明,这种运动的原因不在外界,而在液体内部。
原来,花粉在水面上的运动是水分子向四面八方冲击造成的。
所以这种运动叫做布朗运动,说明液体分子在不断的不规则运动。
从实验中可以观察到,随着温度的升高,布朗运动越来越强烈。
这意味着分子的随机运动与温度有关,温度越高,分子的随机运动越剧烈。
因为分子的随机运动与温度有关,所以分子的这种运动通常称为分子热运动。
热力学中,分子、原子、离子做热运动遵循相同的规律,所以统称为分子[1]。
由于组成一个物体的分子保持不规则运动,像所有运动的物体一样,做热运动的分子也有动能。
单个分子的运动现象(速度和方向)是偶然的,但从大量分子整体来看,在一定条件下,遵循一定的统计规律。与热运动有关的宏观量——温度,是大量分子热运动的统计平均值。
分子的动能与温度有关。温度越高,分子的平均动能越大,反之亦然。
所以从分子动力学理论来看,温度是物体分子热运动平均动能的标志(即微观意义,宏观:表示物体的冷热程度)。
分子之间存在相互作用,即化学中的分子间力(范德华力)。
分子间力是分子引力和分子斥力的合力,有一个距离r0使引力等于斥力,此时分子间力为零。
分子引力和分子斥力都随着分子间距的减小而增大,但斥力的幅度比较大,所以当分子间距大于r0时,表现为引力,小于r0时,表现为斥力。
由于分子间的相互作用,分子具有由相对位置决定的势能,称为分子势能。
分子势能的变化类似于弹簧弹性势能的变化。
物体体积变化时,分子间距也变化,所以分子势能与物体体积有关。
原则
一个物体中所有分子热运动的动能和分子势能之和称为该物体的热力学能,也称为内能。
热力学能和动能、势能一样,都是物体的状态量。
我们初中学过,改变一个物体的内能有两种方法:做功和传热。
如果一个物体不与外界进行热交换,即不吸收也不释放热量,那么外界所做的功等于其热力学能量的增量:δu 1 = W如果物体确实对外做功,W为负,热力学能量增量δu 1也为负,说明热力学能量减少。
如果外界对物体不做功,物体对外界不做功,那么物体吸收的热量等于其热力学能量的增量:U2 = Q如果物体释放热量,那么Q为负,热力学能量增量δU2也为负,说明热力学能量减少。
一般来说,如果一个物体确实做功,同时又与外界传递热量,那么该物体的热力学能量增量等于外界所做的功加上该物体从外界吸收的热量,即δ U = δ U1+δ U2 =Q+W .因为热力学能量U是一个状态量,所以δ U = δ U终态-δ U初态=Q+W是热力学第一定律的表达式。
化学反应都是在一定的条件下进行的,其中定容恒压是最常见也是最重要的。
密闭容器中的化学反应是一个定容过程。
因为系统的体积不变,只做体积功(即通过改变物体的体积对物体做功,可以改变物体的内能,比如在针管里放一根火柴棍,把针堵住,压缩活塞,火柴棍就会燃烧),所以把W=0代入热定律的表达式:δU = Q, 其中说明定容过程中的热量等于系统热力学能量的变化,即只要确定定容和只做体积功的特性,
敞口容器中的化学反应是一个恒压过程。
所谓恒压,就是系统的压力P等于环境压力P并保持恒定,即p=p =常数。
因为过程是恒压的,只做体积功,所以W=W体积=-p对外(V2-v 1)=-(p2v 2-p 1v 1),其中W是外界对系统做的功,所以系统对外做的功为负。
压强的变化乘以体积就是系统做的功,可以根据p=F/S,V=Sh,∴Fh=pV.来理解
代入热的定律的表达式:Q =δu-w = U2-u 1+(p2v 2-p 1v 1)=(U2+p2v 2)-(u 65438+p 1v 1)因为u,所以定义为一个新的状态函数——焓,用符号h表示,所以上面的公式可以换成:Q = H2-H65438+.
焓的物理意义可以理解为在恒压、只做体积功的特殊条件下,Q =δH,即反应的热变化。
因为只有在这种条件下,焓才显示出它的特性。
例如,当一种物质在恒压下δH > ed时,该物质吸热后温度升高,δH >;0,所以一个物质在高温时的焓大于低温时的焓。
另一个例子是恒压下的放热化学反应,δ h
在化学反应中,因为H是状态的函数,所以只有当产物和反应物的状态确定时,δ H才有固定值。
为了收集物质的热性质数据供人们查阅,需要对物质的状态有一个统一的规定,以免造成混乱。
基于这种需要,科学家们提出了热力学标准态的概念。
热力学标准态也叫热化学标准态。