entropy、定壓熱容量

有效的使用表列的熱力學數據－以水蒸氣為例 (Effective use of tabulated thermodynamic data – a case study in water vapor)
國立臺灣師範大學化學系兼任教師邱智宏

能適切的預測一個化學反應的熱力學數據是非常有用的技巧，這些數據包括反應焓 (reaction enthalpy)、自由能 (Gibbs free energy)、熵 (entropy)及定壓熱容量 (heat capacity) 等，它們可以用來預判反應能否自發進行？藉以推估平衡常數及標準還原電位的大小，也可以用於規劃反應進行的最佳條件，因此一般化學教科書均會將一些常見物質在 $$298.15~K$$、$$1~bar$$ 的相關數據，表列在附錄中，以供參考及使用。

但是這些數據應該如何正確、有效的使用？卻鮮少被討論，尤其是不同溫度時，如何利用表列中現有的數據，預估或計算熱力學數據的變化，更是學子們應熟稔的技巧，本文擬以氫氣及氧氣生成水蒸氣的化學反應為例子，說明如何利用表列的數據，求出此反應的反應焓、自由能及熵，也利用熱容量計算出不同溫度下上述熱力學數據的變化情形。

一、標準狀態的定義及參考狀態的選擇

一般列表的熱力學數據，均有其訂定的標準狀態(standard state)，通常為 $$1~bar$$ 下的某特定溫度，此溫度若為 $$25^\circ C$$，則以 $$H^\circ_{m,298}$$ 表示在 $$298.15~K$$ 的標準莫耳相對焓，其中上標 $$\circ$$ 表示標準壓力為 $$1~bar$$，下標的 $$m$$ 表示單位莫耳。而 $$S^\circ_{m,0}$$ 則表示在 $$0~K$$ 時標準莫耳相對熵，另外，若純物質為氣態，則假定在標準狀態其為理想氣體，而非真實氣體。