热化学

热化学是研究与化学反应和/或相变（如熔化和沸腾）相关的热能。 反应可以释放或吸收能量，相变也可以这样做。 热化学侧重于系统与其周围环境之间以热的形式进行的能量交换。 热化学可用于预测整个给定反应过程中的反应物和产物数量。 结合熵测定，它还用于预测反应是自发的还是非自发的，有利的还是不利的。

吸热反应吸收热量，而放热反应释放热量。 热化学将热力学概念与化学键形式的能量概念结合起来。 该主题通常包括热容量、燃烧热、生成热、焓、熵和自由能等量的计算。

热化学是更广泛的化学热力学领域的一部分，它研究系统与周围环境之间各种形式的能量交换，不仅包括热，还包括各种形式的功，以及物质的交换。 当考虑所有形式的能量时，放热和吸热反应的概念被概括为放能反应和吸热反应。

热化学基于两个概括。 用现代术语来说，它们如下：

• 拉瓦锡和拉普拉斯定律 (1780)：伴随任何转变的能量变化与伴随逆过程的能量变化相等且相反。
• Hess 的恒热总和定律（1840 年）：无论该过程发生在一步还是多步，伴随任何转变的能量变化都是相同的。

这些陈述先于热力学xxx定律（1845 年），并有助于其制定。

热化学还涉及相变潜热的测量。 约瑟夫·布莱克 (Joseph Black) 在 1761 年已经引入了潜热的概念，其依据是观察到在冰的熔点加热冰并没有提高温度，反而导致一些冰融化。

古斯塔夫·基尔霍夫 (Gustav Kirchhoff) 于 1858 年表明，反应热的变化由产物和反应物之间的热容差给出：dΔH / dT = ΔCp。 该方程式的积分允许从另一个温度下的测量值评估一个温度下的反应热。

热变化的测量是使用量热法进行的，通常是一个封闭的腔室，在其中发生要检查的变化。 使用温度计或热电偶监测腔室的温度，并将温度随时间绘制成图表，从中可以计算出基本量。 现代量热仪经常配备自动装置以提供快速读出信息，一个例子是差示扫描量热仪。

几个热力学定义在热化学中非常有用。 系统是正在研究的宇宙的特定部分。 系统之外的一切都被认为是周围环境或环境。 一个系统可能是：

• 一个（完全）孤立的系统，既不能与周围环境交换能量，也不能与周围环境交换物质，例如绝缘弹式热量计
• 可以交换机械功但不能交换热量或物质的绝热系统，例如绝热的封闭活塞或气球
• 可以交换热量但不能交换机械功或物质的机械隔离系统，例如未绝缘的弹式热量计
• 可以交换能量但不能交换物质的封闭系统，例如未绝缘的封闭活塞或气球
• 一个可以与周围环境交换物质和能量的开放系统，例如一壶开水

当系统的一个或多个属性发生变化时，系统就会经历一个过程。 进程与状态的变化有关。 当系统温度保持恒定时，会发生等温（同温）过程。 当系统压力保持恒定时，会发生等压（等压）过程。 当没有热交换发生时，过程是绝热的。