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热化学

指数 热化学

热化学(Thermochemistry)是研究化学反应及物质聚集状态改变所伴随的热效应的学科。化学反应和相变(例如熔化、沸腾)都能吸收或放出热量,而热化学研究这些能量变化,尤其是系统和其周围环境的能量变化。热化学可用于推测给定反应过程中的反应物和产物的量。如果结合熵,它还用于推测反应是否自发。 热化学通常包括对热容量、燃烧热、生成热、焓、熵、自由能的计算。.

30 关系: 力学孤立系统古斯塔夫·基爾霍夫孤立系統安托万-洛朗·德·拉瓦锡封閉系統差示扫描量热法化学反应皮埃尔-西蒙·拉普拉斯环境等压过程等温过程系統約瑟夫·布拉克绝热过程热力学热力学第一定律热力学过程热力学自由能热电偶熱容量熔化相變赫士定律開放系統 (熱力學)量热法Peter Atkins杰迈因·亨利·盖斯比熱容沸腾溫度計

力学孤立系统

力学孤立系统是力学约束即不会发生形变从而不能对外做机械功的热力学系统 。同时,它也不会与其环境发生物质交换,但可以进行热量交换。 对于一个简单系统,力学孤立等价于恒容。而在这种简单系统中发生的过程被称为等容过程。 相对于力学孤立系统,同时存在可以传递机械能的力学开放系统。 对于一个简单系统,力学开放意味着当系统受到外界压力时,其边界形状可以发生变化。而力学平衡时,意味着其所受外界压力平衡。只有力学孤立系统的边界可以承受压力变化。.

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古斯塔夫·基爾霍夫

古斯塔夫·罗伯特·克希荷夫(Gustav Robert Kirchhoff,),德国物理学家。在电路、光谱学的基本原理(两个领域中各有根据其名字命名的克希荷夫定律)有重要贡献,1862年创造了“黑体”一词。1847年发表的两个电路定律发展了欧姆定律,对电路理论有重大作用。1859年制成分光仪,并与化学家罗伯特·威廉·本生一同创立光谱化学分析法,从而发现了铯和铷两种元素。同年还提出热辐射中的基尔霍夫辐射定律,这是辐射理论的重要基础。.

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孤立系統

在熱力學之中,孤立系統(或孤懸系統)是指一個完全不與外界交換能量或質量的系統。任何能量或質量都不能進入或者離開一個孤立系統,只能在系統內移動。 除了把整個宇宙視為一體之外,孤立系統並不存在於現實之中。但是,在一定次數內,有些真實系統的行為近乎於孤立系統。因而,孤立系統的概念可以作為真實情況的一個近似模型。在建立以數學模型描述一些自然現象時,孤立系統是個可被接受的模型。 可被近似於孤立系統的模型包括:.

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安托万-洛朗·德·拉瓦锡

安托万-洛朗·德·拉瓦锡(Antoine-Laurent de Lavoisier,),法国貴族,著名化学家、生物学家 ,被後世尊稱為“近代化學之父”。他使化学从定性转为定量,給出了氧與氫的命名,並且預測了硅的存在。他幫助建立了公制。拉瓦锡提出了「元素」的定義,按照這定義,於1789年發表第一個現代化學元素列表,列出33種元素,其中包括光與熱和一些當時被認為是元素的化合物。拉瓦锡的貢獻促使18世紀的化學更加物理及數學化。他提出规范的化学命名法,撰写了第一部真正現代化学教科书《化學基本論述》(Traité Élémentaire de Chimie)。他倡导并改进定量分析方法并用其验证了质量守恒定律。他創立氧化说以解释燃烧等实验现象,指出动物的呼吸实质上是缓慢氧化。这些划时代贡献使得他成为历史上最伟大的化学家之一。 拉瓦锡曾任税务官,因此他有充足的资金进行科学研究。不幸在法国大革命中被送上断头台而死。.

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封閉系統

在熱力學之中,封閉系統是指一個只與外界交換能量(作功或熱量)而不交換質量的系統。 假如一個只擁有一種粒子(原子或分子)的系統進行化學反應時,過程中所有種類的粒子都可以被生成或破壞。但是,封閉系統內的元素原子數目將會守恒。數學上可以寫成:.

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差示扫描量热法

差示扫描量热法(Differential scanning calorimetry,简称DSC)是一种热分析技术,借助补偿器测量使样品与参比物达到同样温度所需的加热速率与温度的关系。.

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化学反应

化學反應是一個或一個以上的物質(又稱作反應物)經由化學變化转化為不同於反應物的产物的過程。 化學變化定義為當一個接觸另一個分子合成大分子;或者分子經斷裂分開形成兩個以上的小分子;又或者是分子內部的原子重組。為了形成變化,化學反應通常和化學鍵的形成與斷裂有關。特別注意化學反應不會以任何方式改變原子核,而仅限於在原子外的電子雲交互作用。雖然核變形後可能會引發化學反應,但是核反應與化學反應無關。 化學性質是物質只能在化學變化中表現出來的性質,例如有酸鹼性、氧化还原性质、熱穩定性、反应性等等。.

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皮埃尔-西蒙·拉普拉斯

埃尔-西蒙·拉普拉斯侯爵(Pierre-Simon marquis de Laplace,),法国著名的天文学家和数学家,他的工作对天体力学和统计学有举足轻重的发展。.

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环境

环境是指周围所在的条件,对不同的对象和科学学科来说,环境的内容也不同。 环境可以指:.

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等压过程

等压过程是压强不变的热力学过程:\Delta p.

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等温过程

等温过程(Isothermal process)是热力学过程的一种,其中系统的温度不变:ΔT.

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系統

系統(system;system;système;sistema)泛指由一群有關聯的個體組成,根據某種規則運作,能完成個別元件不能單獨完成的工作的群體。 系統分為自然系統與人為系統兩大類。.

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約瑟夫·布拉克

約瑟夫·布拉克(Joseph Black, 1728年4月16日-1799年)是英國籍的醫生和化學家。他重新發現二氧化碳、比熱及解說潛熱的概念。他也是格拉斯哥大學的醫學教授(同時擔任化學講師)。 詹姆斯·瓦特被稱為哲學儀器的製造商。在1775和布拉克在同一所大學,在一個小規模的蒸汽機實驗,他諮詢布拉克的意見,也和布拉克合作了一個項目,生產氫氧化鈉,然而在布拉克不知道有任何商業利益的過程中,布拉克並沒有享受到商業帶來的榮華富貴。在愛丁堡大學和格拉斯哥大學的化學系所大樓,就是用布拉克還命名的。.

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绝热过程

绝热过程(Adiabatic process)是一个绝热体系的变化过程,绝热体系为和外界没有热量和粒子交换,但有其他形式的能量交换的体系,属于封闭体系的一种。绝热过程有绝热压缩和绝热膨胀两种。常见的一个绝热过程的例子是绝热火焰温度,该温度是指在假定火焰燃烧时没有传递热量给外界的情况下所可能达到的温度。现实中,不存在真正意义上符合定义的绝热过程,绝热过程只是一种近似,所以有时也称为绝热近似。 绝热过程分为可逆过程(熵增为零)和不可逆过程(熵增不为零)两种。可逆的绝热过程是等熵过程。等熵过程的对立面是等温过程,在等温过程中,最大限度的热量被转移到了外界,使得系统温度恒定如常。由于在热力学中,温度与熵是一组共轭变量,等温过程和等熵过程也可以视为“共轭”的一对过程。 如果一个热力学系统的变化快到足以忽略与外界的热交换的话,这一变化过程就可以视为绝热过程,又称“准静态过程”。准静态过程的熵增可以忽略,所以视作可逆过程,严格说来,在热力学中,准静态过程与可逆过程没有严格区分,在某些文献中被作为同义词使用。 同样的,如果一个热力学系统的变化慢到足以靠与外界的热交换来保持恒温的话,该过程则可以视为等温过程。.

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热力学

热力学,全稱熱動力學(thermodynamique,Thermodynamik,thermodynamics,源於古希腊语θερμός及δύναμις)是研究热现象中物态转变和能量转换规律的学科;它着重研究物质的平衡状态以及与準平衡态的物理、化学过程。热力学定義許多巨觀的物理量(像溫度、內能、熵、壓強等),描述各物理量之間的關係。热力学描述數量非常多的微觀粒子的平均行為,其定律可以用統計力學推導而得。 熱力學可以總結為四條定律。 熱力學第零定律定義了温度這一物理量,指出了相互接觸的两个系統,熱流的方向。 熱力學第一定律指出内能這一物理量的存在,並且與系統整體運動的動能和系統与與環境相互作用的位能是不同的,區分出熱與功的轉換。 熱力學第二定律涉及的物理量是温度和熵。熵是研究不可逆过程引入的物理量,表征系統通過熱力學過程向外界最多可以做多少熱力學功。 熱力學第三定律認為,不可能透過有限過程使系統冷却到絕對零度。 熱力學可以應用在許多科學及工程的領域中,例如:引擎、相變化、化學反應、輸運現象甚至是黑洞。熱力學計算的結果不但對物理的其他領域很重要,對航空工程、航海工程、車輛工程、機械工程、細胞生物學、生物醫學工程、化學、化學工程及材料科學等科學技術領域也很重要,甚至也可以應用在經濟學中。 热力学是从18世纪末期发展起来的理论,主要是研究功與热量之間的能量轉換;在此功定義為力與位移的內積;而熱則定義為在熱力系統邊界中,由溫度之差所造成的能量傳遞。兩者都不是存在於熱力系統內的性質,而是在熱力過程中所產生的。 熱力學的研究一開始是為了提昇蒸汽引擎的效率,早期尼古拉·卡諾有許多的貢獻,他認為若引擎效率提昇,法國有可能贏得拿破崙戰爭。出生於愛爾蘭的英國科學家開爾文在1854年首次提出了熱力學明確的定義: 一開始熱力學研究關注在熱機中工質(如蒸氣)的熱力學性質,後來延伸到化学过程中的能量轉移,例如在1840年科學家杰迈因·亨利·盖斯提出,有關化學反應的能量轉移的研究。化學熱力學中研究熵對化學反應的影響Gibbs, Willard, J. (1876).

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热力学第一定律

熱力學第一定律(First Law of Thermodynamics)是熱力學的四條基本定律之一,能量守恒定律對非孤立系統的擴展。此時能量可以以功W或熱量Q的形式傳入或傳出系統。即: 式中\Delta E_为系统内能的变化量,若外界对该系统做功,则W为正值,反之为负值。 写成微分形式为:.

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热力学过程

熱力學過程的定義是一個熱力學系統由開始到完結的狀態中所涉及的能量轉變。在過程中,路徑會因為受到某一些熱力學的變數要保持常數而變得指定,以下將以共軛對來對熱力學過程進行解說,因為當其中一個變數設為常數時,剛好是另一個的共軛對。 首先,壓力和容量是其中一個共軛對。因為兩者都涉及以傳送機械能或動能形式的作功。.

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热力学自由能

热力学自由能(英语:Thermodynamic free energy)是指一个热力学系统的能量中可以用来对外做功的部分,是热力学态函数。自由能可以作为一个热力学过程能否自发进行的判据。 对限定条件不同的热力学过程,热力学自由能有不同表达形式。最常见的有吉布斯自由能G和亥姆霍兹自由能A(或F)。等温等容过程用亥姆霍兹自由能 A.

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热电偶

热电偶(Thermocouple)是一种被广泛应用的温度传感器,也被用来将热势差转换为电势差。它的价格低廉、易于更换,且有标准接口,具有很大的温度量程。主要的局限是精度,小于1摄氏度的系统误差通常较难达到。 1821年,德国-爱沙尼亚物理学家发现任何导体(金属)被施加热梯度时都会产生电压。现在这种现象被称为熱電效應或「Seebeck效应」。若要测量这个电压,必须把“热”端连到另一导体上。增加的导体也会经历热梯度,自身也会产生一个电压,并与原来的电压抵消。 幸运的是,热电效应中电压的大小取决于金属的种类。在电路中使用不同的金属会产生不同的电压,这个电压被称为热电势,因此存在一个很小的电压差值可以被测量,这个差值随温度的升高而增大。对于目前常用的金属组合,这个差值通常在1到大约70微伏每摄氏度之间。一些常用的固定组合成为工业标准,如选择热电偶类型时通常考虑到成本、适用、便利、熔点、化学性质、稳定性和输出。由於熱電偶產生的電壓很小,很多的應用是利用熱電偶堆。.

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熱容量

热容量(heat capacity)是用以衡量物质所包含的热量的物理量,用符号C 表示,单位是J·K-1或J·℃-1。 热容量的定义是一定量的物质在一定条件下温度升高1度所需要的热,其公式为: C.

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熔化

化是指物質由固態轉變為液態的一個過程(又称熔解,其中冰的熔化又写作融化、融解)。固態物質中的內能增加(通常藉由加熱或加壓)至一特定的溫度(稱之為熔点),在該溫度下(或對於非純物質,在某溫度區段內),會轉變為液態。 一般物質因溫度升高而熔化時,其黏度會下降,唯一的例外是元素硫,隨著溫度升高,因為聚合使其黏度會上昇到一定程度,溫度再上昇時其黏度又會下降。 有些有機物質熔化時會出現,是一種介於固態及液態之間的相。.

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相變

變(Phase Change)是指物質在外部參數(如:溫度、壓力、磁場等等)連續變化之下,從一種相(態)忽然變成另一種相,最常見的是冰變成水和水變成蒸氣。然而,除了物體的三相變化(固態、液態、氣態)自然界還存在許許多多的相變現象,例如日常生活中另一種較常見的相變是加熱一塊磁鐵,磁鐵的鐵磁性忽然消失。其他在物理學中重要相變列舉如下:.

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赫士定律

赫斯定律(Hess's law),又名反應熱加成性定律(the law of additivity of reaction heat):若一反應為二個反應式的代數差時,其反應熱為此二反應熱的代數和。也可表达为在条件不变的情况下,化学反应的反應熱只与起始和终了状态有关,与变化途径无关 。它是由俄羅斯化学家赫斯发现,被称为赫斯定律。.

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開放系統 (熱力學)

在熱力學中,開放系統指與外界交換能量和質量的系統。系統是隨意介定的:在研究一些特定組件時,相關的空間領域可被視為系統。 開放系統假設了外界能量供應不能減少;實際上,這種外界能量是由周圍環境的某種東西供應,而在研究需要時這種能量供應可被視為源源不絕。其中一種開放能量是所謂的輻射能系統,此系統的能量接收自由太陽輻射-一個於任何實驗都可被視為用之不竭的能量來源。某些虛構開放系統的能量接收自太空中的真空能。 太空纜索是一個開放系統的例子。當纜索在地球磁場中移動時,透過以地面以及電離層組成的迴路會被視作一個發電器,以電磁感應的方式把纜索的動能轉化成電能。.

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量热法

量热法或量热学(Calorimetry)是测定因诸如化学反应、物理变化或相變之类的原因,一个物体在传热时状态变量发生的变化的一种方法或者一门科学。量热的过程会使用到热量计。苏格兰医生兼科学家約瑟夫·布拉克是第一个将熱量和温度区分开来的人,人们认为他是量热学的创始人。.

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Peter Atkins

#重定向 彼得·阿特金斯.

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杰迈因·亨利·盖斯

杰迈因·亨利·盖斯(俄语名:Герман Иванович Гесс,盖尔曼·伊万诺维奇·--;法语名:Germain Henri Hess,热尔曼·昂利·爱丝;德语名:Hermann Heinrich Hess,赫尔曼·海因里希·--;),是一位出生于瑞士的俄国化学家和医生,他提出了热化学中的盖斯定律。.

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比熱容

比熱容(Specific Heat Capacity,符號c),簡稱比熱,亦稱比熱容量,是熱力學中常用的一个物理量,表示物体吸热或散热能力。比热容越大,物体的吸热或散热能力越弱。它指單位質量的某種物質升高或下降單位温度所吸收或放出的熱量。其國際單位制中的單位是焦耳每千克開爾文,即令1公斤的物質的溫度上升1开尔文所需的能量。根據此定理,最基本便可得出以下公式: m是质量,单位千克(kg)。 ΔT是温度变化,单位开尔文(K)。 當比熱容越大,該物質便需要更多熱能加熱。以水和油為例,水和油的比熱容分別约为4200 J/(kg·K)和2000 J/(kg·K),即把水加熱的熱能是油的約2.1倍。若以相同的熱能分別把水和油加熱的話,油的温升將比水的温升大。 比熱容的符號是c,必須為小写,而大写C則為熱容的符號。以水為例,一千克(kg)重的水需要4200焦耳(J)來加熱一开尔文(K)。根據比熱容,便可得出: 比热容在国际单位制中的单位为焦耳每千克开尔文。也可读作焦每千克开、焦耳每千克凯尔文、焦耳每公斤克耳文等。写作J/(kg · K)。焦耳每千克摄氏度与焦耳每千克开尔文在数值上等同。.

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沸腾

沸腾是在液体表面和内部同时发生的剧烈汽化现象。是物质从液态转变为气态的两种相变方式之一,另一种是蒸发。.

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溫度計

溫度計是一種運用不同原理來測量物體溫度或溫度梯度(Temperature Gradient)的儀器。溫度計有各式各樣的類型。.

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