關於化學熱力學,這幾個基本概念你必須明白

2020-12-03 化學面面觀

1.系統與環境

熱力學中,常人為地把研究的那部分物質或空間與其他的物質和空間分開,被劃分出來作為研究對象的那一部分物質或空間就被稱為系統,而系統外與系統有密切聯繫的其餘部分稱為環境。

系統與環境的劃分並不是絕對的。

1.熱力學系統可分為三種:

(1)敞開系統

系統與環境之間既有能量交換,又有物質交換。

工業上遇到的多數是這種系統。

(2)封閉系統

系統與環境之間僅有能量交換,沒有物質交換。

這是化學熱力學研究中最常見的系統。

(3)隔離系統

系統與環境之間既無能量交換有無物質交換。

2.聚集狀態與相

物質在一定溫度和壓力條件下所處的相對穩定狀態,稱為物質的聚集狀態。常見的聚集狀態有固態、液態和氣態。

系統中具有相同物理性質和化學組成的均勻部分稱為相。

(1)氣態物質,即使包含多種成分,總是形成一個均勻的單項。

(2)液態物質分兩種情況,如果幾種液態彼此互溶,形成一個單項。如果互不相溶,像水和油,就形成兩個不同的液相。

(3)固態物質,情況最複雜。

同一種固態物質,結構相同,為一相。

同一種固態物質,結構不同,則分屬不同的相。

不同的固態物質混合,一般為多相。

3.系統的狀態與狀態函數

系統的狀態,指系統一切宏觀性質的總和。

熱力學把能夠表徵系統平衡狀態的各種宏觀性質稱為系統的狀態函數。如,能夠描述系統平衡狀態的物理量T、P、V等都是系統的狀態函數。

注意:當系統從一種狀態變化到另一種狀態時,系統狀態函數的改變量只與系統的初始狀態和最終狀態有關,與系統狀態變化的具體途徑無關。

4.過程與途徑

系統從某一平衡狀態變化到另一平衡狀態的經歷,稱為過程。

實現這個過程的具體步驟稱為途徑。

其中,過程前的平衡狀態為始態,過程後的平衡狀態為終態。

實現同一始、終態變化的過程可以有不同的途徑,且每個途徑可以由一個或多個步驟組成。

5.熱和功

熱和功是熱力學系統狀態發生變化時與環境傳遞能量的兩種形式。

(1)熱

系統狀態發生變化時,與環境因溫度不同而發生能量傳遞的形式,稱為熱。

在熱力學中熱常用符號Q表示,單位為J或kJ。

系統從環境吸熱時,Q為正值;系統放熱給環境時,Q為正值。

(2)功

系統與環境除熱以外,由於其他勢差而引起系統與環境所傳遞的能量形式被稱為功。

在熱力學中功常用符號W表示,單位為J或kJ。

W為正值,表示環境對系統做功;W為負值,表示系統對環境做功。

功分為體積功和非體積功。

體積功:在一定的環境壓力下,系統體積發生變化而與環境傳遞的能量。

非體積功:除體積功以外的功統稱為非體積功。如電功、磁功、表面功、機械功等。

6.內能

內能也稱熱力學能,是系統內部各物質的各種運動的能量總和。

內能用符號U表示,單位為J或kJ。

內能是系統內部儲存的能量,是系統的狀態函數,具有容量性質。

在一定條件下,內能可以與其他形式的能量相互轉化,在轉化中用能量是守恆的。

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