
【化】 chemical thermodynamics
化學熱力學(Chemical Thermodynamics)是物理化學的核心分支,主要研究化學反應及物質變化過程中的能量轉換規律與熱力學平衡條件。其核心内容包括熱力學第一定律(能量守恒)、熱力學第二定律(熵增原理)以及吉布斯自由能判據,用于預測反應方向、限度及相變行為。
能量守恒與焓變
熱力學第一定律通過公式 $Delta U = q + w$ 描述系統内能變化,而恒壓條件下的焓變 $Delta H$ 常用于量化反應熱效應(如燃燒熱測定)。
熵與自發過程
熱力學第二定律提出 $Delta S_{text{總}} geq 0$,結合吉布斯自由能公式 $Delta G = Delta H - TDelta S$,可判定反應是否自發。例如,工業合成氨工藝需通過計算 $Delta G$ 優化溫度與壓力條件。
相平衡與溶液理論
利用化學勢($mu_i = mu_i^ominus + RTln a_i$)分析多組分系統的相平衡,指導結晶、蒸餾等分離技術開發。
化學熱力學是物理化學的重要分支,主要研究化學反應中的能量轉化規律以及過程進行的方向和限度。它通過熱力學基本定律,将宏觀物理量與微觀分子行為關聯,為化學反應的預測和控制提供理論依據。以下是核心内容的系統解析:
熱力學第一定律(能量守恒定律)
公式:
$$Delta U = Q + W$$
描述系統内能((U))變化與熱量((Q))和功((W))的關系,強調能量在轉化中總量不變。例如,燃燒反應釋放的熱量可轉化為機械能。
熱力學第二定律(熵增原理)
引入熵((S))概念,指出孤立系統的熵永不減少。公式:
$$Delta S_{text{總}} geq 0$$
用于判斷反應方向,如氣體擴散自發從高壓區到低壓區。
熱力學第三定律
絕對零度(0 K)時,完美晶體的熵為零,為計算物質絕對熵提供基準。
化學熱力學不僅解釋“反應能否發生”,還量化“進行到什麼程度”,是化工生産、新材料研發和能源利用的基石。例如,通過計算(Delta G)可提前篩選催化劑,減少實驗成本。
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