基本概念及热力学第零定律

《基本概念及热力学第零定律》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、化学热力学基础生物·化学系化学工作者经常会遇到下列问题：1．当两个物质放在一起时，二者能反应吗？2．如果反应，将发生多少能量变化？3．转化率有多大？4．反应速度有多快？如：N2+3H2→2NH3(T=500K,P=200atm,Fe催化剂,放热)C(s)+H2O(g)→CO(g) +H2(g)(T转=982K,吸热)2上述问题都涉及到:变化的可能性、能量、产率和反应速度问题。——化学热力学能解决前三个问题，但不涉及第四个问题。化学热力学：把热力学中的基本原理用来研究化学现象以及和化学有关的物理现象

2、，就称为化学热力学。热力学的基础：热力学第零、一、二、三定律。3第一章基本概念及热力学第零定律1.1热力学体系与环境热力学体系——热力学研究的对象，即在一定已知宏观约束下，由大量粒子组成的客体。体系满足的宏观条件或者对体系施加的限制几何界面内的空间：体、曲面、线宏观参量描述（V、A、l）5环境——与系统通过物理界面(或假想的界面)相隔开并与系统密切相关的周围部分。热源——物质的量为无限大的客体。其热容也是无限大，当流出或流入有限的能量时，它的温度不会引起改变。热力学体系分类体系与环境之间物质的质

3、量传递能量的传递（以热和功的形式）敞开体系有有封闭体系无有隔离体系无无61.2平衡态与宏观量宏观约束不同→体系的宏观状态具有不同特征→平衡态、非平衡态平衡态——是指体系内各部分本身的宏观性质不随时间改变，而且不存在外界或内部的某些作用使体系内以及体系与环境之间有任何宏观流（物质流和能流）与化学反应等发生的状态。不满足上述条件者则为非平衡态。7Note：（1）体系的性质不随时间改变的态未必是平衡态，可能是定态。如：管道中稳定流动的流体（2）体系不存在宏观流也未必是平衡态。实质上：平衡态是一种统计的热

4、动平衡体系的宏观参量——表征体系以及体系对环境关系的所有宏观属性。它可分为外参量和内参量。8外参量——取决于体系之外（不在体系内部）的物体位置的宏观参量，如体积、力场强度。内参量——取决于组成体系粒子的运动与分布的宏观参量，如温度、压力、内能等。体系的宏观参量实质上：热力学体系的宏观量是一种统计性质。依据宏观量与物质的量的关系，宏观参量分为广度量和强度量。9强度性质：与系统中所含物质的量无关，无加和性(如p,T等)；广度性质：与系统中所含物质的量有关，有加和性(如n,V,U,H……等)101.3平

5、衡态宏观描写及状态变量与状态函数经典力学：用组成体系粒子的坐标与动量或者体系的广义坐标和广义动量描述体系的状态。量子力学：用波函数描述的状态称为量子态。统计力学：用分布律描述体系的状态。热力学？11热力学：将体系作为整体进行研究的，通过对体系整体的直接观察与实验来揭示和阐明体系的宏观性质与规律，它是一种唯象理论。用一组独立的宏观参量描述的态称为宏观态体系状态的宏观描述不如统计描述、微观描述那样精确，它具有直观与简练的优点，用来描述宏观态的宏观参量数目非常有限，即体系是少自由度系统。12问题：一个体

6、系究竟有多少个彼此独立的宏观参量？大量事实表明：一个平衡态体系的独立宏观参量的数目是唯一的。对于均相物系，其数目与宏观上可逆的能量交换方式数及可改变的物种数之和相等。在宏观上，能量交换有功与热两种方式，功又有各种不同的形式，有一种外参量就有对应一种形式的功；但热却只是一种形式。13状态公理：一个平衡态的均相体系，其独立宏观参量的数目F等于体系所含有的可变物种数R与可逆功的形式数（体系外参量数）之和再加1。F=R++1以热的方式交换能量仅有一种形式例1单组分均相体系，如纯的气、液、固态物质例2多

7、组分均相体系若体系为多相系，就分别对各相用状态公理。14引入几个重要的概念：体系的物态方程—联系均相体系各宏观量的关系式（只有均相体系才有物态方程）宏观态或热力学状态—由体系的宏观量所描写的状态将用来描述热力学体系状态的独立宏观参量称为状态变量或热力学变量（坐标），由这些变量所决定的体系其他宏观量称为体系的状态函数。151.4热力学过程体系与环境之间的宏观相互作用有三种形式：力学或机械相互作用——在广义力的作用下，外参量改变时体系与环境通过作功的方式交换能量，从而导致体系与环境的状态发生改变。热相

8、互作用——体系与环境之间由于温差而引起能量的交换，这种相互作用下所交换的能量称为热量。16化学相互作用——体系与环境中的同种物质存在化学势差的条件下进行物质交换。在此作用下，体系与环境的物质的量及能量分别都将发生改变→状态改变上述三种相互作用统称为热力学相互作用封闭体系：热及力学相互作用开放体系：热、力学及化学相互作用孤立体系：无任何一种作用17热力学过程——体系的宏观态随时间而变就说体系进行着宏观过程或称热力学过程。（始态、终态）所谓状态变化：是指相态及热力学变量有所改变。1.4