化學親和性

化學親和性(英語：chemical affinity)在化學物理和物理化學指不同化學物質家族由於其電子特性而能夠組成化合物的特徵^[1]。化學親和性也可以指原子或化合物與與它們不同的原子或化合物產生化學反應的可能性。

歷史

早期理論

親和性這個概念歷史悠久。關於其起始有很多研究^[2]。這些研究大多數都沒有獲得精確的答案，原因是親和性這個概念始於科學開始之前的魔法^[3]。物理化學是最早形容「親和性理論」的科學領域。約1250年，最早使用親和性來描述化學反應的是德國哲學家艾爾伯圖斯·麥格努斯。後來羅伯特·波義耳、約翰·梅奧、約翰·格勞勃、艾薩克·牛頓和格奧爾格·恩斯特·斯塔爾使用親和性來解釋熱量是怎樣在燃燒過程種產生的^[4]。

從約1600年開始親和性是討論化學結構關係、語文學等方面的一種比喻式詞語。從1616年也有「自然吸引性」的說法。在歷史上「化學親和性」被看作是對導致化學反應的「力」的描寫^[5]。更早和更泛意地它被用來描述所有物質「結合的趨勢」。一個在歷史上比較常用的廣義的定義是化學親和性是物質分裂或者抵抗分裂的趨勢^[2]。

現代的化學親和性概念來自於18世紀化學教師威廉·科倫使用的「電親和性」或「電吸引性」。科倫是否是引入這個概念的人無可考證，但他似乎比所有其他人都要早地使用這個詞。這個詞很快在歐洲傳播，尤其瑞典化學家托爾貝恩·貝里曼在他是書《電吸引》（1775年）里用了這個詞。從18世紀中到19世紀大多數化學家使用親和性理論來解釋和組織不同物質組合產生反應或者不產生反應的趨向以及反應的結果^[6]。安托萬-洛朗·德·拉瓦錫在他著名的《論化學元素》裡提到貝里曼的書並討論了電親和性和吸引的理論。

吉爾伯特·路易斯和其他作者1923年一起編輯的教科書《化學反應的熱動力學和自由能》使得親和性這個詞被自由能取代。

約翰·沃爾夫岡·馮·歌德在他1809年寫的小說《親和力》裡用到了這個概念。

圖像表示

親和性的觀念和把物質列在表格里表示息息相關。最早發表的親和性表格是1718年法國化學家艾蒂安·弗朗索瓦·若弗魯瓦基於置換反應編的。他在1718年和1720年兩次向法國科學院展示這樣的表格：

若弗魯瓦1718年編的親和性表：最上面一行里的物質可以和它下面的物質反應，這些物質的位置顯示它們和最上面一行物質的「親和性」

18世紀裡多名知名化學家發表了不同版本的親和性表來把最新的化學發現包含在裡面。所有這些表格實際上都是把物質縱向羅列的列子。它們表達不同物質對各種化學試劑的親和性。

最重要的是這些表格是一個中心的圖像工具，它們與其它表格一起用來教授化學。一直到19世紀初這些表格被廣泛應用，此後它們被克勞德·貝托萊引入的親和性概念取代。

現代概念

在化學物理和物理化學裡化學親和性指的是不同化學物質家族由於其電子特性而能夠組成化合物的特徵。它也可以指一種原子或化合物與其它不同的原子或化合物產生化學反應的趨勢。

伊利亞·普里高津這樣總結親和性：「所有化學反應都使得系統達到化學平衡，在這個狀態下反應的親和性消失。」

熱動力學

目前國際純化學和應用化學聯合會定義親和性A為在恆定壓強和溫度下吉布斯能G對反應進度ξ的負偏導數：

${\displaystyle A=-\left({\frac {\partial G}{\partial \xi }}\right)_{P,T}.}$

自發反應的親和性是正的。

1923年比利時數學家和物理學家泰奧菲爾·德·敦德爾引導出一個化學反應里吉布斯能和親和性之間的關係。通過一些列推導敦德爾證明化學質家族可能進行的化學反應有以下的特性：

${\displaystyle A=-\Delta _{r}G.\,}$

伊利亞·普里高津於1954年在《化學熱動力學》裡定義化學親和性是化學計量數或反應進度ξ無窮大增大時未補償的反應熱Q的變化速度：

${\displaystyle A={\frac {{\mathrm {d} }Q'}{{\mathrm {d} }\xi }}.\,}$

這個定義可以幫助確定平衡系統和不平衡系統裡系統變化速度的影響數據。

外部連結

• 威廉·惠威爾. "Establishment and Development of the Idea of Chemical Affinity" （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）. History of Scientific Ideas. 2:15ff.
• 化學親和性和絕對零度 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館），1920年化學諾貝爾演講

參考資料

1. Chisholm 1911，Affinity, Chemical
2. Levere, Trevor, H. Affinity and Matter – Elements of Chemical Philosophy 1800-1865. Gordon and Breach Science Publishers. 1971. ISBN 2-88124-583-8.
3. Malthauf, R. P. (1966). The Origins of Chemistry. Pg. 299. London.
4. Partington, J.R. (1937). A Short History of Chemistry. New York: Dover Publications, Inc. ISBN 0-486-65977-1
5. Thomas Thomson. (1831年). A System of Chemistry, 卷1. 31頁（化學親和性被描述為一種「未知力」），第7版，卷2.
6. Eddy, Matthew Daniel. Elements, Principles and the Narrative of Affinity. Foundations of Chemistry. 2004: 161–175 [2017-10-22]. （原始內容存檔於2021-06-25）.

•  本條目包含來自公有領域出版物的文本: Chisholm, Hugh (編). Affinity, Chemical. Encyclopædia Britannica (第11版). London: Cambridge University Press. 1911.