
【化】 chemical thermodynamics
化学热力学(Chemical Thermodynamics)是物理化学的核心分支,主要研究化学反应及物质变化过程中的能量转换规律与热力学平衡条件。其核心内容包括热力学第一定律(能量守恒)、热力学第二定律(熵增原理)以及吉布斯自由能判据,用于预测反应方向、限度及相变行为。
能量守恒与焓变
热力学第一定律通过公式 $Delta U = q + w$ 描述系统内能变化,而恒压条件下的焓变 $Delta H$ 常用于量化反应热效应(如燃烧热测定)。
熵与自发过程
热力学第二定律提出 $Delta S_{text{总}} geq 0$,结合吉布斯自由能公式 $Delta G = Delta H - TDelta S$,可判定反应是否自发。例如,工业合成氨工艺需通过计算 $Delta G$ 优化温度与压力条件。
相平衡与溶液理论
利用化学势($mu_i = mu_i^ominus + RTln a_i$)分析多组分系统的相平衡,指导结晶、蒸馏等分离技术开发。
化学热力学是物理化学的重要分支,主要研究化学反应中的能量转化规律以及过程进行的方向和限度。它通过热力学基本定律,将宏观物理量与微观分子行为关联,为化学反应的预测和控制提供理论依据。以下是核心内容的系统解析:
热力学第一定律(能量守恒定律)
公式:
$$Delta U = Q + W$$
描述系统内能((U))变化与热量((Q))和功((W))的关系,强调能量在转化中总量不变。例如,燃烧反应释放的热量可转化为机械能。
热力学第二定律(熵增原理)
引入熵((S))概念,指出孤立系统的熵永不减少。公式:
$$Delta S_{text{总}} geq 0$$
用于判断反应方向,如气体扩散自发从高压区到低压区。
热力学第三定律
绝对零度(0 K)时,完美晶体的熵为零,为计算物质绝对熵提供基准。
化学热力学不仅解释“反应能否发生”,还量化“进行到什么程度”,是化工生产、新材料研发和能源利用的基石。例如,通过计算(Delta G)可提前筛选催化剂,减少实验成本。
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