材料化学-材料化学热力学ppt课件.ppt

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1、材料化学热力学Chapter4ChemicalThermodynamicsofMaterials1Chapter4ChemicalThermodynamicsofMaterials学习目的体会化学热力学在材料研究中的一些运用；能解读分析材料工艺中碰到的各种相图。22Chapter4ChemicalThermodynamicsofMaterials主要内容化学热力学基础及应用埃灵罕姆图（EllinghamDiagrams）及其应用相平衡与相图3Chapter4ChemicalThermodynamicsofMaterials

2、4.1化学热力学基础及应用内能焓熵吉布斯自由能化学势反应的方向和进行的限度4Chapter4ChemicalThermodynamicsofMaterials4.1.1化学热力学回顾内能（InternalEnergy）热力学第一定律——能量具有各种不同的形式，能够从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，而在转化及传递中，能量的总量保持不变。对于凝聚态封闭体系：5W=PV=0Chapter4ChemicalThermodynamicsofMaterials焓（Enthalpy）9/14/20217:50:1

3、8PM6凝聚态封闭体系6Chapter4ChemicalThermodynamicsofMaterials熵（Entropy）——可逆过程热效应（QR）与绝对温度的比值：热力学第二定律——任何自发变化过程始终伴随着隔离体系的总熵值的增加。热力学第三定律——在绝对零度时，任何纯物质的完整晶体的熵都等于零。77Chapter4ChemicalThermodynamicsofMaterials自由能（FreeEnergy）8热力学第二定律——在任何自发变化过程中，自由能总是减少的G<0，过程能自发进行；G>0，过程不能自发进

4、行；G=0，过程处于平衡状态。化学反应平衡常数：Chapter4ChemicalThermodynamicsofMaterialsChapter4ChemicalThermodynamicsofMaterials9化学势（chemicalpotential）:在等温等压条件下增加一摩尔的物质时系统的吉布斯自由能的增加量。某一物质i的化学势μi可表达为吉布斯自由能G对该物质的摩尔数ni的偏微分：化学势还可以表达成另外两个热力学变量的偏微分，即：4.1.2化学热力学在材料研究中的应用10化学热力学原理和方法相关数据材料制备工

5、艺设计新材料开发Chapter4ChemicalThermodynamicsofMaterials例：冶金工艺——金属锌的冶炼锌矿ZnO金属锌还原?G0=H0-TS0300K1200K11Chapter4ChemicalThermodynamicsofMaterials4.2埃灵罕姆图及其应用EllinghamDiagrams埃灵罕姆图——G0-T关系图G0-T为近似线性关系4.2.1埃灵罕姆图12Chapter4ChemicalThermodynamicsofMaterials13Chapter4Chemica

6、lThermodynamicsofMaterialsG0-T线的斜率：氧化过程气体数目减少，则S0<0,(-S0)>0，斜率为正。金属+O2金属氧化物氧化过程气体数目增加，则S0>0,(-S0)<0，斜率为负。氧化过程气体数目不变，则S0=0,(-S0)=0，斜率为零，即G0几乎与温度无关。14Chapter4ChemicalThermodynamicsofMaterials利用埃灵罕姆图，可在很宽的温度范围内研究各种材料的热力学性质及氧化还原性质，为材料的制备和使用以及新材料的研究开发提供依据和参数。4

7、.2.2埃灵罕姆图的应用15Chapter4ChemicalThermodynamicsofMaterials4.2.2.1氧化物生成平衡及控制温度T下的平衡压力在一定温度下，通过调节氧气压力，就可控制反应进行的方向16Chapter4ChemicalThermodynamicsofMaterials4.2.2.2氧化物稳定性比较G0-T曲线越在下方，金属氧化物的G0负值越大，其稳定性也就越高。在给定温度下，位于下方的G0-T曲线所对应的元素能使上方G0-T线的金属氧化物还原。位于H2O生成线上方的金属氧化物都可被

8、氢还原。下图三分之一是耐高温的稳定氧化物。所研究的氧化还原反应两条直线之间的距离在给定温度下就代表了反应的标准自由能变G0。17Chapter4ChemicalThermodynamicsofMaterials例：TiO2与MnO的比较TiO2生成线位于MnO生成线的下方，即表明前者的稳定性大于后者。