焓是物體的一個熱力學(xué)能狀態(tài)函數(shù),焓變即物體焓的變化量.
在介紹焓之前我們需要了解一下分子熱運(yùn)動、熱力學(xué)能和熱力學(xué)第一定律：
1827年,英國植物學(xué)家布朗把非常細(xì)小的花粉放在水面上并用顯微鏡觀察,發(fā)現(xiàn)花粉在水面上不停地運(yùn)動,且運(yùn)動軌跡極不規(guī)則.起初人們以為是外界影響,如振動或液體對流等,后經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明這種運(yùn)動的的原因不在外界,而在液體內(nèi)部.原來花粉在水面運(yùn)動是受到各個方向水分子的撞擊引起的.于是這種運(yùn)動叫做布朗運(yùn)動,布朗運(yùn)動表明液體分子在不停地做無規(guī)則運(yùn)動.從實(shí)驗(yàn)中可以觀察到,布朗運(yùn)動隨著溫度的升高而愈加劇烈.這表示分子的無規(guī)則運(yùn)動跟溫度有關(guān)系,溫度越高,分子的無規(guī)則運(yùn)動就越激烈.正因?yàn)榉肿拥臒o規(guī)則運(yùn)動與溫度有關(guān)系,所以通常把分子的這種運(yùn)動叫做分子的熱運(yùn)動.
在熱學(xué)中,分子、原子、離子做熱運(yùn)動時遵從相同的規(guī)律,所以統(tǒng)稱為分子.
既然組成物體的分子不停地做無規(guī)則運(yùn)動,那么,像一切運(yùn)動著的物體一樣,做熱運(yùn)動的分子也具有動能.個別分子的運(yùn)動現(xiàn)象（速度大小和方向）是偶然的,但從大量分子整體來看,在一定條件下,他們遵循著一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律,與熱運(yùn)動有關(guān)的宏觀量——溫度,就是大量分子熱運(yùn)動的統(tǒng)計(jì)平均值.分子動能與溫度有關(guān),溫度越高,分子的平均動能就越大,反之越小.所以從分子動理論的角度看,溫度是物體分子熱運(yùn)動的平均動能的標(biāo)志（即微觀含義,宏觀：表示物體的冷熱程度）.
分子間存在相互作用力,即化學(xué)上所說的分子間作用力（范德華力）.分子間作用力是分子引力與分子斥力的合力,存在一距離r0使引力等于斥力,在這個位置上分子間作用力為零.分子引力與分子斥力都隨分子間距減小而增大,但是斥力的變化幅度相對較大,所以分子間距大于r0時表現(xiàn)為引力,小于r0時表現(xiàn)為斥力.因?yàn)榉肿娱g存在相互作用力,所以分子間具有由它們相對位置決定的勢能,叫做分子勢能.分子勢能與彈簧彈性勢能的變化相似.物體的體積發(fā)生變化時,分子間距也發(fā)生變化,所以分子勢能同物體的體積有關(guān)系.
物體中所有分子做熱運(yùn)動的動能和分子勢能的總和叫做物體的熱力學(xué)能,也叫做內(nèi)能.熱力學(xué)能與動能、勢能一樣,是物體的一個狀態(tài)量.
初中我們學(xué)過,改變物體內(nèi)能的方式有兩個：做功和熱傳遞.
一個物體,如果它跟外界不發(fā)生熱交換,也就是它既沒有吸收熱量也沒有放出熱量,則外界對其做功等于其熱力學(xué)能的增量：
ΔU1=W
如果物體對外界做功,則W為負(fù)值,熱力學(xué)能增加量ΔU1也為負(fù)值,表示熱力學(xué)能減少.
如果外界既沒有對物體做功,物體也沒有對外界做功,那么物體吸收的熱量等于其熱力學(xué)能的增量：
ΔU2=Q
如果物體放熱,則Q為負(fù)值,熱力學(xué)能增加量ΔU2也為負(fù)值,表示熱力學(xué)能減少.
一般情況下,如果物體跟外界同時發(fā)生做功和熱傳遞的過程,那么物體熱力學(xué)能的增量等于外界對物體做功加上物體從外界吸收的熱量,即：
ΔU=ΔU1+ΔU2=Q+W
因?yàn)闊崃W(xué)能U是狀態(tài)量,所以：
ΔU=ΔU末態(tài)-ΔU初態(tài)=Q+W
上式即熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式.
化學(xué)反應(yīng)都是在一定條件下進(jìn)行的,其中以恒容與恒壓最為普遍和重要.
在密閉容器內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)就是恒容過程.因?yàn)橄到y(tǒng)體積不變,而且只做體積功（即通過改變物體體積來對物體做功,使物體內(nèi)能改變,如在針管中放置火柴頭,堵住針頭并壓縮活塞,火柴頭會燃燒）,所以W=0,代入熱一定律表達(dá)式得：
ΔU=Q
它表明恒容過程的熱等于系統(tǒng)熱力學(xué)能的變化,也就是說,只要確定了過程恒容和只做體積功的特點(diǎn),Q就只決定于系統(tǒng)的初末狀態(tài).
在敞口容器中進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)就是恒壓過程.所謂橫壓是制系統(tǒng)的壓強(qiáng)p等于環(huán)境壓強(qiáng)p外,并保持恒定不變,即p=p外=常數(shù).由于過程恒壓和只做體積功,所以：
W=W體積=-p外(V2-V1)=-(p2V2-p1V1)
其中W為外界對系統(tǒng)做的功,所以系統(tǒng)對外做功為負(fù).壓強(qiáng)乘以體積的改變量是系統(tǒng)對外做的功,可以按照p=F/S,V=Sh,∴Fh=pV來理解.
將其代入熱一定律表達(dá)式得：
Q=ΔU-W=U2-U1+(p2V2-p1V1)=(U2+p2V2)-(U1+p1V1)
因?yàn)閁+pV是狀態(tài)函數(shù)（即狀態(tài)量）的組合（即一個狀態(tài)只有一個熱力學(xué)能U,外界壓強(qiáng)p和體積V）,所以將它定義為一個新的狀態(tài)函數(shù)——焓,并用符號H表示,所以上式可變?yōu)椋?br/>Q=H2-H1=ΔH
它表明恒壓過程中的熱等于系統(tǒng)焓的變化,也就是說,只要確定了過程恒壓和只做體積功的特點(diǎn),Q就只決定于系統(tǒng)的初末狀態(tài).
焓的物理意義可以理解為恒壓和只做體積功的特殊條件下,Q=ΔH,即反應(yīng)的熱量變化.因?yàn)橹挥性诖藯l件下,焓才表現(xiàn)出它的特性.例如恒壓下對物質(zhì)加熱,則物質(zhì)吸熱后溫度升高,ΔH>0,所以物質(zhì)在高溫時的焓大于它在低溫時的焓.又如對于恒壓下的放熱化學(xué)反應(yīng),ΔH