
水合熱(Hydration Heat)是指物質(通常是離子或化合物)與水分子結合形成水合物時,釋放或吸收的熱量。在化學和熱力學領域,該過程通常表現為放熱反應,即釋放熱量。
漢英釋義
中文“水合熱”對應英文“Heat of Hydration”,特指物質發生水合作用(Hydration)時伴隨的熱效應。例如,無水硫酸銅(CuSO₄)吸水形成五水合硫酸銅(CuSO₄·5H₂O)會釋放熱量,該熱量即為水合熱 。
熱力學本質
水合熱本質上是水分子與溶質粒子(如離子)結合形成水合殼層(Hydration Shell)時,系統焓變(ΔH)的負值(即放熱)。其數值可通過量熱實驗測定,單位為kJ/mol 。計算公式可表示為:
$$ Delta H_{text{hyd}} = -Q / n $$
其中 ( Q ) 為釋放熱量,( n ) 為水合物質的摩爾數。
水泥硬化工程
矽酸鹽水泥的主要成分(如C₃A、C₃S)與水反應生成水合矽酸鈣,釋放大量水合熱。若散熱不當可能導緻混凝土結構開裂,需通過冷卻骨料或分階段澆築控制溫度 。
生物代謝過程
細胞内離子(如K⁺、Na⁺)的水合作用影響蛋白質構象和酶活性。水合熱數據可用于計算生物能量傳遞效率,例如ATP水解時水合能貢獻約10%的自由能變化 。
離子 | Li⁺ | Na⁺ | K⁺ | Mg²⁺ | Ca²⁺ |
---|---|---|---|---|---|
水合熱 | -515 | -405 | -321 | -1920 | -1577 |
數據來源:CRC Handbook of Chemistry and Physics (第102版) 。
參考文獻來源
水合熱是化學中描述物質溶解或水合過程中能量變化的重要概念,其核心定義和解釋如下:
水合熱指氣态離子與水分子結合形成水合離子時釋放的熱量。例如,當氣态Cu²⁺與水分子通過靜電作用結合時,釋放的能量即為Cu²⁺的水合熱。這一過程屬于溶解反應的放熱階段,與破壞溶質晶格結構(吸熱)共同構成溶解的總熱效應。
水合熱僅指水合過程的焓變,而溶解熱是溶解全過程(吸熱+放熱)的總能量變化。例如,通過銅離子分步溶解的案例,明确了水合熱的局部性特征。
如需進一步了解具體物質的水合熱數據或熱力學計算,可參考化學熱力學教材或專業數據庫。
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