統計熱力學
熱能 kT
/ THER-mul EN-er-jee KAY-TEE /
每個溫暖的系統,都有一份天然的「每粒子抖動能量預算」,純粹由它的溫度決定。kT 這個量——波茲曼常數乘以絕對溫度——就是這份預算。它是衡量系統中每一道能隙的標尺:一道勢壘是好越還是難越?拿它跟 kT 比一比,你就知道了。
更確切地說,kT 是溫度為 T 時可獲得的特徵熱能,單位是能量(焦耳)。遠小於 kT 的能量差,很容易被隨機的熱擾動跨過,於是能隙兩側的狀態混得很勻;遠大於 kT 的能量差,則很少被跨過,於是較高的狀態一直空著。任意能隙與 kT 之比,正是支配布居數、速率和平衡的那一個數。
它為什麼重要:kT 是熱世界裡的通用尺子。在室溫下它約為 1/40 電子伏特,即大約 25 毫電子伏特——與化學鍵能相比很小,這正是化學鍵不會隨便就抖散的原因。誠實的提醒是:kT 是一個平均尺度,而不是固定的配額:單個分子攜帶的能量是有分布的,有些遠高於 kT,而往往正是那些罕見的高能分子在推動反應。
一個典型的氫鍵以約 20 千焦每摩爾的強度結合,約是室溫下 RT(kT 的每摩爾版本)的八倍。這強度足以讓液態水保持內聚,卻又弱到熱抖動會不斷把氫鍵打斷又重組——這正是水會流動、而不會碎裂的原因。
把鍵能與 kT(或 RT)相比,就能知道熱量能否把它打斷。
按摩爾計,與之類似的量是 RT(氣體常數乘以溫度),在室溫下約 2.5 千焦每摩爾。化學家說 RT,物理學家說 kT;兩者只差一個亞佛加厥常數。
又稱
另見