物理化学中国药科大学第一章1－3节

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1、第一章热力学第一定律热力学(thermodynamics)研究能量相互转换过程中所应遵循的规律的科学。它研究在各种物理变化和化学变化中所发生的能量效应；研究在一定条件下某种过程能否自发进行，如果能自发进行，则进行到什么程度为止，这就是变化的方向和限度问题。第一节　热力学概论一、　热力学研究的对象和内容热力学在发展初期，只是研究热和机械功之间相互转换的关系，这问题是随着蒸汽机的发明和使用而被提出的。至于其它形式的能量，最初不在热力学的研究范围以内。但随着电能、化学能、辐射能及其它形式的能量的发现和研究，它们亦逐渐地纳入了热力学的研究

2、范围。热力学的基础主要是建立在FirstLawandSecondLaw两个经验定律的上的。热力学第一定律和热力学第二定律:1.这两个定律是人们经验的总结，它不能从逻辑上或用其它理论方法来加以证明，但它的正确性已由无数次的实验事实所证实.热力学基本原理在化学过程及与化学有关的物理过程中的应用构成“化学热力学”(ChemistryThermodynamics)这一门学科。化学热力学主要研究和解决的问题：1.研究化学过程及与化学过程密切相关的物理过程中的能量效应；2.判断某一热力学过程在一定条件下是否可能进行，确定被研究物质的稳定性，确

3、定从某一化学过程所能取得的产物的最大产量等等。这些问题的解决，无疑将对生产和科学发展起着巨大的作用。二、热力学的方法和局限性1.热力学的研究对象是具有足够大量质点的体系，热力学只研究物质的宏观性质，对于物质的微观性质即个别或少数分子、原子的行为，无从作出解答。2.热力学只需知道体系的起始状态和最终状态以及过程进行的外界条件，就可进行相应的计算，它不依赖于结构的知识，亦无需知道过程进行的机理，这是热力学所以能简易而方便地得到广泛应用的重要原因。但亦正是由于这个原因，热力学对过程之能否自发进行的判断，就只是知其然而不知其所以然，只能停

4、留在对客观事物的表面了解而不知其内在原因。第三，在热力学所研究的变量中，没有时间的概念，所以它不涉及过程进行的速率问题。它只能说明过程能不能自发进行，以及进行到什么程度为止，至于过程在什么时候发生，以怎样的速率进行，热力学无法预测。这些特点既是热力学方法的优点，也是它的局限性。第二节　热力学基本概念(1)体系和环境体系(System)—将一部分物体从其它部分中划分出来，作为研究的对象，这一部分物体，称为“体系”。环境(Surroundings)—体系以外并与体系有相互作用的部分。一、体系和环境体系和环境之间，一定有一个边界，这边界

5、可以是实在的物理界面，亦可以是虚构的界面。根据体系和环境之间交换物质和能量的不同情况，热力学体系可分为三种:敞开体系(OpenSystem)、密闭体系(ClosedSystem)和孤立体系(IsolatedSystem)1.敞开体系(OpenSystem)。这种体系与环境之间既可以有物质的交换,亦可以有能量的交换。2.密闭体系(ClosedSystem)。这种体系与环境之间不可能有物质的交换，只可以有能量的交换。3.隔绝体系，或孤立体系(IsolatedSystem)。这种体系与环境之间既不可能有物质的交换，亦不可能有能量的交换。

6、ForExample体系:水(l),敞开体系体系:水(l)+水(g),密闭体系体系:水(l)+水(g)+热源+罩子中的一切,隔绝体系gl体系的性质是描述体系状态的物理量称为状态性质，又称为状态函数(StateFunction)或热力学变量。这些性质都是宏观物理量，如质量(m)、温度(T)、压力(p)、体积(V)、浓度(c)、密度()、粘度()、折光率(n)等等。状态性质可以分为两类二、体系的性质容量性质(Capacityproperties)。这种性质的数值与体系中物质的量成正比；这种性质在体系中有加和性，即整个体系的容量性质

7、的数值，是体系中各部分该性质数值的总和。例如一个瓶中气体的体积是瓶中各个部分气体体积的总和，所以体积是体系的容量性质。其它尚有质量、热容量等等亦是容量性质。强度性质(IntensiveProperties)。这种性质的数值与体系中物质的量无关；在体系中没有加和性，而是整个体系的强度性质的数值与各个部分的强度性质的数值相同。例如一个瓶中的p总=p分，p总p分所以压力是体系的强度性质。其它强度性质尚有T，、等。两个容量性质之比成为体系的强度性质，例如=M/V,Vm=V/n,Cp,m=Cp/n。热力学平衡(thermodyna

8、micsequilibrium)如果体系与环境之间没有任何物质和能量交换，体系中各个状态性质又均不随时间而变化，则称体系处于热力学平衡态。热力学平衡态应当同时包括四个平衡：1.热平衡(thermalequilibrium)。在体系中没有绝热壁存在的