作者realtemper (精彩不亮麗)
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標題Re: [問題] 化學裡面提到的化學能
時間Wed Aug 10 17:59:55 2011
※ 引述《suyushan (小幹)》之銘言：
: 請問一下
: 化學裡面常常提到所謂的化學能
: 例如要達到這個反應要吸收多少能量
: 這個能量對應到物理裡面
: 應該要用什麼觀點去解釋阿?
你說的東西叫做 enthalpy change（熱含量變化），
enthalpy 就是熱力學裡面的 H = E + PV。
化學反應的反應熱通常以 ΔH 來表示，而不是 ΔE，
原因是化學反應通常在定壓、定溫、開管式的環境中進行，
因此反應前後的能量變化計有兩項：
(1)內能 E 的變化
(2)環境對系統所作的 PV 功（因為系統會膨脹或收縮）
兩項相加，才是你所謂系統「吸收的能量」。
在定壓條件下，一個簡單的解讀方法是：
∵dH = dE + Vdp + PdV = dE + dW ＝ dQ
^^^ ^^^ ↑
0 dW 1st law
∴積分得到 ΔH = Q
而Q的意義，便是環境提供的能量，是我們可以直接測量的。
（國中理化不是會告訴你，酒精燈每秒提供幾大卡的熱量嗎？那個就是Q）
另外，如果化學反應是在定容條件下進行，那麼所量到的 ΔH 與 ΔE 並無差別。
從手冊查找 ΔH 的時候，我記得通常會註明是哪一種。
如果需要從定容的 ΔE 推算定壓的 ΔH，
只要把 PΔV 項加回去就可以了（當然 ΔV 要另外查）。
: 是自由能嗎?
不是。普化範圍裡頭，自由能是用來看相變的。
Gibbs Free Energy G = H - TS
若是相變過程，因溫度固定，故 ΔG = ΔH - TΔS
^^^ ^^^^
可直接測量 要推算
如何推算 ΔS？
只要測量 ΔG = 0（即兩相平衡）時的溫度 T 與熱含量變化 ΔH，即可得到
ΔS = ΔH/T
關於「ΔG < 0 反應才會自發進行」這句敘述，最簡單的解讀方法是
ΔG/T = ΔH /T - ΔS = -ΔH /T - ΔS = -ΔS - ΔS
sys sys env sys env sys
因為熱力學第二定律要求任何過程必須滿足
ΔS + ΔS = ΔS >= 0
env sys universe
所以 ΔG/T < 0 ==> ΔG< 0。
附帶一提，若是在定容條件下，
決定反應是否自發進行的物理量為 Helmholtz free energy A = E - TS
ΔA = ΔE - TΔS（定溫）
其解讀同 Gibbs free energy
但是普化裡頭並未區分 ΔG 與 ΔA
乃是因為定容條件下 ΔE = ΔH，所以 ΔA = ΔG。
: 又或是有沒有什麼相關的資料可以參考一下?
: 煩請各位大大解惑了QQ
wiki應該有，普化(或物化)與熱物理課本應該也會寫，
觀念是完全相通的，
只是普化課本不強調熱力學的基本觀念、熱物課本不強調實驗上的考量而已....
（雖說不強調但其實還是會提，只是不一定講得那麼細，
畢竟各有各的教學重點。）
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推 suyushan:感謝大大 ~太清楚了~!!! 08/10 22:41
推 DDMO:這篇推一個~~要使用哪種化學能就是看哪些巨觀物理量會變化 08/10 22:50
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推 kevin60405:高手~ 08/10 23:23
推 jim00365:推一個！！ 08/10 23:34
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推 bwa:專業推～ 08/11 10:17
補充了 Helmholtz free energy
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推 theye:推 08/11 22:03