能量与热力学第一定律
焓
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焓是一个巧妙的记账量,它抓住的是「在压强不被固定、而只由敞开的空气来维持时,一个反应放出的热」。大多数化学反应都发生在向房间敞开的烧杯里,那里的压强稳稳地保持在一个大气压,参与反应的气体可以自由地胀大或缩小。这时,释放出的能量里有一部分会悄悄花在把空气推开上。焓的设计,正是让它的变化恰好等于在这种日常的恒压条件下,我们真正感受到、量得出的热。
正式地说,焓写作 H,定义为内能加上压强乘体积:H = U + pV。和内能一样,它是一个状态函数,所以只有它在两个状态间的变化 ΔH 才有意义。妙处在于:在恒压下,ΔH 就直接等于交换的热——它自动把「顶着大气做功」那一部分折算了进去,你便无须再单独去追踪它。
这让焓成了热化学天然的「货币」。当一张标签说某反应放出多少千焦时,它几乎总是在报一个焓变。ΔH 为负,意味着热往外涌(瓶子让周围变暖);ΔH 为正,意味着热被吸进来(瓶子变得冰凉)。
在敞开的空气中燃烧一摩尔甲烷,会以热的形式放出约 890 千焦。我们说它的燃烧焓约为 ΔH = −890 kJ/mol——负号表示热是向外流出的。
焓变为负,意味着这是一个放热反应,会让周围变暖。
焓有时被粗略地称作「热含量」,但这名字会误导人:物质并不「含有焓」,正如它不「含有热」一样。真正有意义的只是变化 ΔH,而「ΔH = 热」这条便捷的捷径,专门在恒压、且除了顶开大气外不做其他功时才成立。
又称
另见