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結構生物化學/熱容

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熱量是體內能量的傳遞。溫度變化越小,其熱容就越大。熱容的方程式如下:

物體的熱容是指使某種物質溫度升高1度所需的能量。單位為J/oC。熱容是一種廣延性質。這意味著由相同材料製成的較大物體比較小物體的熱容更大。熱容 = 供給的熱量 / 溫度升高 物體的熱容取決於物體中物質的數量和型別。為了比較不同物質的熱容,我們必須將熱容與物質的數量聯絡起來。一種方法是參考一摩爾的物質。然後,熱容將變成摩爾熱容。一個更有用的方法是比較一克材料的熱容。這稱為比熱容或簡稱比熱。比熱是指使一克物質的溫度升高一度攝氏度(或一度開爾文)所需的熱量。當我們將材料的熱容除以其質量時,我們將得到比熱。比熱 = 熱容 / 質量 = C / m

要找到使樣品溫度升高一定量的所需熱量q,我們將物質的比熱s乘以質量(以克為單位)m和溫度變化t。q = s x m x t

此外,熱容由內能相對於給定能級自由度的溫度的導數給出。熱容有很多型別:平動熱容、轉動熱容、振動熱容和電子熱容。[物理化學]。在平動熱容中,平動能級的間距極小。這使得高溫近似有效。在轉動熱容中,在最低溫度下,沒有足夠的熱能來提供激發轉動能級的填充。相反,隨著熱容增加,直到達到高溫極限。在振動熱容中,高溫極限不適用于振動自由度。最後的熱容是電子熱容。在這種熱容中,由於能級自由度的配分函式等於基態簡併度,因此自由度對恆容熱容沒有貢獻。此外,平均能量也為零。

恆容熱容

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它通常被稱為摩爾或比熱容。U是摩爾或比內能,T是溫度。都是狀態函式。

它也可以寫成

在此過程中,體積應始終保持恆定。如果體積在過程中發生變化,即使初始值和最終值相同;它也不是恆容。但是,因為都是狀態函式,該方程適用於初始值和最終值相同的任何過程。

恆壓熱容

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是摩爾和比熱容。H是摩爾或比焓,T是溫度。此過程是封閉系統過程。

它也可以寫成

該方程適用於初始值和值相同的任何過程,這意味著壓力在整個過程中不一定恆定,因為H、和T都是狀態函式。

熱容的重要性

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各種分子的熱容,也稱為比熱容,由於多種原因極其重要。正是由於水分子獨特的比熱容,才使得地球上能夠存在生命。例如,由於水具有獨特的比熱容,即1克水升高1攝氏度需要1卡路里的熱量,因此像湖泊這樣的大型水體可以在白天和夏季吸收並儲存大量的太陽熱量,而由於熱量的分配、擴散和在整個水系統中的傳播,其溫度僅升高幾度。再加上水的比熱容很高,因此整體溫度變化很小。在夜晚和冬季,逐漸冷卻的水可以溫暖空氣。這就是沿海地區的氣候比內陸地區溫和的原因。水的比熱容高也有助於穩定海洋溫度,為海洋生物創造了適宜的環境。因此,由於水的比熱容高,覆蓋地球大部分的水體使陸地和水中的溫度波動保持在允許生命存在的範圍內。此外,由於生物體主要由水構成,因此它們比由比熱容較低的液體構成的生物體更能抵抗自身溫度的變化。

參考文獻

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Engel,Thomas 和 Reid,Philip。物理化學。皮爾遜教育公司。2006年。第三版。

Smith,J. M. 和 Ness H. C. Van。化學工程熱力學導論。紐約:麥格勞-希爾,1987年。印刷版。

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