能量與熱力學第一定律
焓
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焓是一個巧妙的記帳量,它抓住的是「在壓強不被固定、而只由敞開的空氣來維持時,一個反應放出的熱」。大多數化學反應都發生在向房間敞開的燒杯裡,那裡的壓強穩穩地保持在一個大氣壓,參與反應的氣體可以自由地脹大或縮小。這時,釋放出的能量裡有一部分會悄悄花在把空氣推開上。焓的設計,正是讓它的變化恰好等於在這種日常的恆壓條件下,我們真正感受到、量得出的熱。
正式地說,焓寫作 H,定義為內能加上壓強乘體積:H = U + pV。和內能一樣,它是一個狀態函數,所以只有它在兩個狀態間的變化 ΔH 才有意義。妙處在於:在恆壓下,ΔH 就直接等於交換的熱——它自動把「頂著大氣做功」那一部分折算了進去,你便無須再單獨去追蹤它。
這讓焓成了熱化學天然的「貨幣」。當一張標籤說某反應放出多少千焦時,它幾乎總是在報一個焓變。ΔH 為負,意味著熱往外湧(瓶子讓周圍變暖);ΔH 為正,意味著熱被吸進來(瓶子變得冰涼)。
在敞開的空氣中燃燒一摩爾甲烷,會以熱的形式放出約 890 千焦。我們說它的燃燒焓約為 ΔH = −890 kJ/mol——負號表示熱是向外流出的。
焓變為負,意味著這是一個放熱反應,會讓周圍變暖。
焓有時被粗略地稱作「熱含量」,但這名字會誤導人:物質並不「含有焓」,正如它不「含有熱」一樣。真正有意義的只是變化 ΔH,而「ΔH = 熱」這條便捷的捷徑,專門在恆壓、且除了頂開大氣外不做其他功時才成立。
又稱
另見