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热化学

王朝百科·作者佚名  2009-12-20
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thermochemistry

化学热力学的一个分支。中学化学中用“化学反应中的能量变化”来简单地介绍该内容。它用各种量热方法准确测量物理的、化学的以及生物的过程的热效应,从而根据热效应来研究有关现象及规律性。

热化学的测量曾对物理化学的发展起过重要作用。现在,由于量热方法的改进,特别是热测量精度的提高,热化学在燃料、食品以及生物和药物等领域仍具重要意义。热化学的数据(如燃烧热、生成热等)在热力学计算、工程设计和科学研究等方面都具有广泛的应用。

热化学,研究物理和化学过程中热效应规律的学科。是化学的一支,也是物理学中热学在化学中的应用。

热力学第一定律是自然界的一条普遍规律,它是人们在生产实践和科学实验的基础上总结出来的,它又叫做能量守恒和转化定律,恩格斯将它誉为19世纪自然科学中具有决定意义的三大发现之一。这个定律的主要内容是:能量有各种不同的形式,能从一种形式转化为另一种形式,从一个物体传递给另一个物体,而在转化和传递中,能量的数值保持不变。

把热力学第一定律具体运用到化学反应上,用实验测定和计算化学反应的热量,研究这方面问题的科学称为热化学。

热化学主要是研究化学反应中的热量转化问题的。化学反应除了以热的形式与外界环境进行能量交换外,往往还以功的形式进行交换。例如,火药爆炸产生膨胀功,化学电池在电动势作用下输送电荷而作电功等。本节提到的“在化学反应中,在物质变化的同时,还伴随有能量的变化,这种能量变化,常以热能的形式表现出来”。这里的“常以”是指除了以热的形式外,还以功的形式进行能量交换。应当指出,热化学里所讨论的化学反应,都是在一定条件下只作膨胀功,而不作非膨胀功(如电功)的反应。

同一反应,在不同条件下热量的变化不同。如果不指明反应条件而谈热量的多少,是没有意义的。同时,要想比较不同的化学反应的反应热,必须规定反应在同样的条件下进行。为此,规定在压强为101 kPa和25 ℃的条件下的反应热为标准反应热,以便于比较。按状态变化过程的不同,反应热可分为等压反应热、等容反应热;按化学变化的类别不同,反应热可分为生成热、燃烧热、中和热等等。

热力学温度,又叫热力学标温,符号T,单位K(开尔文,简称开)。

早在1787年法国物理学家查理(J.Charles)就发现,在压力一定时,温度每升高1℃,一定量气体的体积的增加值(膨胀率)是一个定值,体积膨胀率与温度呈线性关系。起初的实验得出该定值为气体在0℃时的体积的1/269,后来经许多人历经几十年的实验修正,其中特别是1802年法国人盖•吕萨克(J.L.Gay-Lussac)的工作,最后确定该值1/273.15。将上述气体体积与温度的关系用公式来表示,形式如下:

V=V0(1+t/273.15)=V0(t+273.15)/273.15

式中V是摄氏温度为t/℃时的气体体积。若定义t+273.15≡T(于是0℃+273.15=T0),上述关系就可以用形式更简单的公式来表达:V/T=V0/T0,进一步看,V1/T1=V0/T0,V2/T2=V0/T0,……,自然有V1/T1=V2/T2,即在任何温度下一定量的气体,在压力一定时,气体的体积V与用T为温标表示的温度成反比。这叫做查理-盖•吕萨克定律。事实上这种关系只适用于理想气体。为此,人们起先把T称为理想气体温度(温标),又叫绝对温度(温标)。在热力学形成后,发现该温标有更深刻的物理意义,特别是克劳修斯(Claosius)和开尔文(Kelvin)论证了绝对零度不可达到,便改称热力学温度(温标),并用Kelvin第一个字母K为其单位。

物体的温度是构成物体的大量微粒运动(热运动)的激烈程度的宏观体现。例如由单原子分子构成的气体的大量分子的平均动能Ek与它的温度T的关系经统计热力学理论推导为:

E(—)k=3/2kT

其中k=1.391×10-23J/K,被称为玻尔兹曼(Boltzmann)常量,等于气体常量R与阿伏加德罗常量N0之比。

什么是热化学气相沉积?

热化学气相沉积是指采用衬底表面热催化方式进行的化学气相沉积。该方法沉积温度较高,一般在800℃~1200℃左右,这样的高温使衬底的选择受到很大限制,但它是化学气相沉积的经典方法。

《热化学》作家

瑞典化学家索雷特

 
 
 
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