普通化學/熱力學/緒論

熱力學是研究反應中能量變化的學科。

系統

系統是指正在研究的物質和能量的集合。例如，如果反應發生在罐子裡，那麼罐子裡的一切都是系統，罐子外面的一切都是環境。環境是指系統以外的一切，也就是宇宙的其餘部分。系統和環境一起被稱為“宇宙”。

一個重要的問題是系統與其環境之間存在著什麼樣的相互作用。有些系統可能與環境交換物質和熱量（例如，沸騰的液體系統會隨著蒸汽損失物質和熱量）。這被稱為開放系統。如果系統與其環境之間只發生熱量交換，則稱為封閉系統。物質不能進入或離開封閉系統。最後，如果既沒有熱量交換也沒有物質交換，則該系統是完全隔離的。

溫度與熱量

如果你把一個熱鐵鍋放在冷水下面，它會很快冷卻下來。這是因為鐵的比熱很低，比熱是指使一克物質溫度升高一度攝氏度（或開爾文）所需的能量。固體鐵只需要 0.45 J/(g*K)，而液態水每度（溫度）所含的能量（熱量）大約是鐵的九倍。因此，當水從鍋中吸收能量時，它只升溫幾度，而鍋則會大幅降溫。

熱化學方程式

方程式不僅顯示化學物質，還顯示了所需的或釋放的能量。這種能量被稱為焓。有兩種方法可以寫熱化學反應，例如

• $2{\hbox{H}}_{2}+{\hbox{O}}_{2}\to 2{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}+571.6\ kJ$
• $2{\hbox{H}}_{2}+{\hbox{O}}_{2}\to 2{\hbox{H}}_{2}{\hbox{O}}\quad (\Delta H=-285.8~kJ)$

請注意，第二個格式中的數字為負數。此外，請注意第一個方程式的能量是第二方程式的兩倍，因為有 2 摩爾的 水。第二個方程式顯示了每摩爾的熱量，因此摩爾數不會影響它。

從熱化學反應中，可以得知化合物的摩爾生成熱。通常，這是在 25°C 下測量的，並寫成 ΔH_f°。它是生成一摩爾物質所需的熱量。小符號 ° 表示“標準”，如標準溫度和壓力。

摩爾燃燒熱與摩爾生成熱相反。它衡量的是一摩爾化合物燃燒時釋放的能量。它寫成 ΔH_c°。