焓(hán)(英語:Enthalpy)是一个热力学系统中的能量参数。规定由字母 H {\displaystyle H} 表示( H {\displaystyle H} 来自于英语 H e a t {\displaystyle Heat} C a p a c i t y {\displaystyle Capacity} (热容)一词),单位為焦耳( J {\displaystyle J} )。此外在化学和技术文献中,摩尔焓 H m {\displaystyle H_{m}} (单位:千焦/摩尔, k J m o l {\displaystyle {\frac {kJ}{mol}}} )和质量焓(或比焓, h {\displaystyle h} )(单位:千焦/千克, k J k g {\displaystyle {\frac {kJ}{kg}}} )也非常重要,它们分别描述了焓在单位物质的量和单位质量上的定义。
焓是内能和体积的勒让德变换。它是 S , P , N {\displaystyle S,P,N} 总合的热势能。
焓的定义是:
其中 H {\displaystyle H} 表示焓, U {\displaystyle U} 表示内能。
内能来自于热能-以分子不规则运动为依据(动能,旋转动能,振动能),化学能和原子核的位能。此外还有偶极子的电磁转换。焓由系统温度的提高而成比例增大,在绝对零度时为零点能量。在这里体积功直接视为对压力( p {\displaystyle p} )引起体系体积( V {\displaystyle V} )变化而形成的功。
由微分形式表达为:
注意:微分符号中的正体 d {\displaystyle \mathrm {d} } 和斜体 d {\displaystyle d} 的区别,正体 d {\displaystyle \mathrm {d} } 为状态参数所保留。 H = U + p V {\displaystyle H=U+pV} 实际上可以导出理想气体焦汤系数(焦耳-汤姆孙系数)为0的悖论。但实际上没有理想气体。所以并不存在矛盾。
定义一个系统内:
式子 H {\displaystyle H} 为焓, U {\displaystyle U} 为系统内能, p {\displaystyle p} 为其压强, V {\displaystyle V} 则为体积。
对于在大气内进行的化学反应,压强一般保持常值,则有
规定放热反应的焓取负值。如:
SO 3 + H 2 O ⟶ ⟶ --> H 2 SO 4 {\displaystyle {\ce {SO3 + H2O -> H2SO4}}} △ △ --> H = − − --> 130.3 {\displaystyle \bigtriangleup H=-130.3} kJ/mol
表示每生成1 mol H2SO4放出130.3 kJ的热。
严格的标准热化学方程式格式: H 2 + 1 2 O 2 ⟶ ⟶ --> H 2 O {\displaystyle {\ce {H2 + 1/2O2 -> H2O}}} Δ Δ --> r H θ θ --> m = − − --> 286 {\displaystyle \Delta _{r}{H^{\theta }}_{m}=-286} kJ·mol-1 ( θ θ --> {\displaystyle \theta } 表示标准态, r {\displaystyle r} 表示反应, m {\displaystyle m} 表示1mol反应,含义为标准态下进行一摩尔反应的焓变)
标准生成焓是指在标准状态(101.3 kPa;25 ℃)下生成一摩尔最稳定形态纯净物质放出(放热反应,符号为负)或者吸收(吸热反应,符号为正)的焓,单位千焦/摩尔,符号 Δ Δ --> H f 0 {\displaystyle \Delta {H_{f}}^{0}} 。
焓为负时,表明构成此物质的过程中放出能量;相反焓为正时,构成此物质的过程中需要吸收能量。标准生成焓为极大的负值表明此物质有极高的化学稳定性(就是说,构成此物质时放出了极大能量,而要破坏此物质,同样需要极大的能量)。
标准生成焓的一个重要应用是通过赫斯定律计算反应焓:反应焓等于反应产物的标准生成焓与反应物的标准生成焓之差。公式表示为
这与赫斯定律等效:生成焓在通常条件下只与物质本身相关,而与反应的过程无关。 生成焓是一个热力学状态参数。其所有值与热力学平衡相关,因为温度并未定义。