热化学是物理化学的一个分科。研究物理和化学变化过程中热效应的规律。以
热力学第一定律为基础。以在卡计中直接测量热效应为重要实验方法。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、安全工程等方面都具有广泛的应用。
热化学(Thermochemistry)的测量曾对物理化学的发展起过重要作用。在现代,由于科学技术的进步,量热方法得到了改进,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。
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,
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。
QP =∆H即在恒压反应过程中,体系吸收的热量全部用来改变体系的
热焓,其成立必须具备三个条件
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:
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,单位:K),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: