化學熱力學
| 化學熱力學 |
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中文名: 化學熱力學 外文名: Chemical thermodynamics 性 質: 熱力學 屬 性: 化學 相關概念: 體系、環境、狀態 拼 音: huà xué rè lì xué |
化學熱力學是物理化學和熱力學的一個分支學科，它主要研究物質系統在各種條件下的物理和化學變化中所伴隨着的能量變化，從而對化學反應的方向和進行的程度作出準確的判斷。
目錄
核心理論
化學熱力學的核心理論有三個：所有的物質都具有能量，能量是守恆的，各種能量可以相互轉化；事物總是自發地趨向於平衡態；處於平衡態的物質系統可用幾個可觀測量描述。
化學熱力學是建立在三個基本定律基礎上發展起來的。熱力學第一定律就是能量守恆和轉化定律，它是許多科學家實驗總結出來的。一般公認，邁爾於1842年首先提出普遍「力」(即現在所謂的能量)的轉化和守恆的概念。焦耳1840～1860年間用各種不同的機械生熱法，進行熱功當量測定，給能量守恆和轉化概念以堅實的實驗基礎，從而使熱力學第一定律得到科學界的公認。
產生背景
化學是論述原子及其組合方式的科學。人們最初考察化學反應時，是把反應物放在一起，經過加熱等手段，然後分析得到些什麼產物，後來根據原子分子假說，有了「當量」的概念， 建立了反應物與產物之間的一定聯繫。人們根據化學組分隨條件的變化，發現了質量作用定律，引伸出化學平衡常數。運用熱力學定律，人們開始掌握從熱力學函數去計算化學平衡常數的方法，並且可以對化學反應的方向作出判斷，誕生了化學熱力學。
基本定律
化學熱力學的核心理論有三個：所有的物質都具有能量，能量是守恆的，各種能量可以相互轉化；事物總是自發地趨向於平衡態；處於平衡態的物質系統可用幾個可觀測量描述。化學熱力學是建立在三個基本定律基礎上發展起來的。
熱力學所根據的基本規律就是熱力學第一定律、第二定律和第三定律，從這些定律出發，用數學方法加以演繹推論，就可得到描寫物質體系平衡的熱力學函數及函數間的相互關係，再結合必要的熱化學數據，解決化學變化、物理變化的方向和限度，這就是化學熱力學的基本內容和方法。
經典熱力學是宏觀理論，它不依賴於物質的微觀結構。分子結構理論的發展和變化，都無需修改熱力學概念和理論，因此不能只從經典熱力學獲得分子層次的任何信息。並且它只處理平衡問題而不涉及這種平衡狀態是怎樣達到的，只需要知道系統的起始狀態和終止狀態就可得到可靠的結果，不涉及變化的細節，所以不能解決過程的速率問題。欲解決上述兩個局限性問題，需要其其它學科如化學統計力學、化學動力學等的幫助。
主要內容是用熱力學第一定律研究「化學反應熱」方面的問題。在化學反應中，一摩爾物質的變化（指主要的生成物或反應物）所吸收的熱量名為化學反應熱，簡稱為反應熱。根據熱力學第一定律知道，在定溫、定壓（或定容）下發生的化學反應，其反應熱Qp（或Qp）等於反應過程焓（或內能）的變化 ΔH(或ΔU)。
化學平衡
主要內容是應用熱力學的平衡判據研究化學反應的平衡條件。在化學熱力學中通常把化學反應方程寫作等式，例如，在化學熱力學中將高溫下氫分子和氧分子化合成水的反應式寫為2H2+O2=2H2O。
溶液理論
用熱力學方法研究多組元體系的理論。 溶液是液態溶體。溶體是一個含有兩種或兩種以上組元的均勻系。當溶體是氣相時，通常叫做混合氣體;當溶體是固相時，叫做固溶體。
相關概念
（1）體系與環境
體系：我們研究的對象，稱為體系。環境：體系以外的其他部分，稱為環境。例如：我們研究杯子中的H2O，則H2O是體系，水面上的空氣、杯子皆為環境。當然，桌子、房屋、地球、太陽也皆為環境。但我們着眼於和體系密切相關的環境，即空氣和杯子等。又如：若以N2和O2混合氣體中的O2作為體系，則N2是環境，容器也是環境。
（2）狀態與狀態函數
狀態：由一系列表徵體系性質的物理量所確定下來的體系的一種存在形式，稱為體系的狀態。狀態函數：確定體系狀態的物理量，是狀態函數。
（3）狀態與途徑
過程：體系的狀態發生變化，從始態到終態，經歷了一個熱力學過程，簡稱過程。若體系在恆溫條件下發生了狀態變化，則體系的變化為「恆溫過程」。若體系變化時和環境之間無熱量交換，則稱為「絕熱過程」。
途徑：完成一個熱力學過程，可以採取不同的方式。我們把每種具體的方式，稱為一種途徑。過程着重於始態和終態，而途徑着重於具體方式。
（4）體積功
化學反應過程中，經常發生體積變化。體系反抗外壓改變體積，產生體積功。
（5）熱力學能
體系內部所有能量之和，包括分子原子的動能、勢能、核能、電子的動能，以及一些尚未研究的能量，熱力學上用符號U表示。雖然體系的內能尚不能求得，但是體系的狀態一定時，內能是一個固定值，因此，U是體系的狀態函數。
書籍《化學熱力學》
本書從化工熱力學的基本內容開始，突破傳統的「石油化工」小分子化合物領域，涉及精細化工和環境工程的熱力學計算方法。本書共分為12章：緒論，流體的ｐＶＴ關係，純物質(流體)的熱力學性質，均相混合物熱力學性質，相平衡，化工過程能量分析，壓縮、膨脹、動力循環與製冷循環，物性數據的估算，環境熱力學，反應熱、反應平衡常數及其計算，化工熱力學在精細化工中的應用，相平衡的估算。 本書可供化學工程、環境工程、精細化工等專業的學生使用，也可供相關科技人員參考使用。[1]