热力学在化学上的分支学科.docx

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1、热力学在化学上的分支学科 【摘要】文中对热力学的分支学科化学热力学、热化学、工程热力学以及化工热力学等作了简要的介绍。 【关键词】热力学；统计热力学；化学热力学；热化学；工程热力学；化工热力学 The ranches of the hermodynamics Zhu Yuanju (College of Chemistry and Chemical Engng, Henan Univ,Kaifeng , ， China) 【Abstract】It is the chemical thermodynamics，the thermochemistry，the engineering thermod

2、ynamics and the chemical engineering thermodynamics that are the branches of the thermodynamics which are introduced briefly in this paper 【Key words】hermodynamics；tatistical thermodynamics；hemical thermodynamics；hermochemistry；ngineering thermodynamics；hemical engineering thermodynamics 热力学是探讨自然界有关

3、热现象和热运动规律的一门科学，是物理学的一个重要分支学科。其探讨对象是人们熟识的由大量粒子组成的宏观系统，理论的建立不同于后来发展起来的统计热力学等微观理论，是人类在长期生产实践中总结出来的阅历定律，是被多数事实无一例外地证明白的科学真理，其正确性早已为现代科学理论所证明。热力学理论有着坚实的试验基础和科学的数理演绎方法，其结论具有高度的普遍性和牢靠性，热力学的这些特点确定了其对科学试验和生产实践都具有重要的指导意义。尤其在工业生产中，热力学正发挥着巨大的确定作用，目前仍广泛应用于反应工程的计算等诸多化工问题，热力学中的宏观量较物质结构的微观量更易观测和直观，工业利用价值也更高。尽管热力学方法

4、具有肯定的局限性，但它仍旧是一种重要的理论工具，量子力学的建立曾使很多经典理论不得不作相应的修正，但却丝毫不曾动摇热力学的理论基础。 当量子力学建立之后，从系统的微观结构动身，应用统计理论也能够对宏观系统的热运动规律进行探讨，这样便形成了后来的统计热力学。统计热力学和热力学既有联系又有区分，是关系亲密又各自独立的两门学科。二者的探讨对象是一样的，都是关于宏观系统热运动规律的探讨，但探讨方法却截然相反，热力学从试验事实动身，用能量的观点探讨有关热功能转化以及与之有关的各种热力学量之间相互关系的规律，不涉及物质的微观结构，是一种宏观理论。统计热力学则从物质的微观结构动身，对单个粒子应用牛顿力学和量

5、子力学理论，对大量粒子应用数理统计理论，从而建立起宏观量与微观量之间联系的桥梁，将宏观量用微观量的统计平均表示出来，以揭示各种热现象和热运动的微观本质，是一种微观理论。统计热力学的理论经热力学的探讨而得到验证，热力学的理论经统计热力学的分析而更加深化其本质，二者相辅相成，相得益彰。统计热力学目前局限于探讨某些简洁的系统，这些系统大多是由单原子分子或双原子分子组成的志向气体，对稍为困难的多原子分子或由简洁分子构成的实际气体，仍显得力不从心。对固体仅限于处理由晶格振动引起的自由电子气，而在处理溶液问题时尚有不少困难。 事实上，热力学的局限性并不阻碍它在好用中的重要性，这归根究竟是由于热现象所表现出

6、的是一种宏观统计规律，而且所关注的也是热力学量的改变量而不是其肯定数值。因此，热力学虽然无法给出热力学量的肯定值，但是从热力学定律动身，应用经典物理学原理，很简单建立这些热力学量之间的普适关系热力学方程，从而圆满地解决了生产实践和科学试验中所提出的可行性和效率等重大课题，热力学理论已经是一门比较成熟的学科，在探讨溶液化学时也取得了很好的成果。热力学理论的不足之处在于处理问题时不考虑时间因素，也不考虑物质的微观结构，只计算改变前后的净结果，这样虽然能够推断过程进行的方向和限度，但却无法预料完成过程所需的详细时间，也无法说明过程进行的缘由以及过程的详细经验，至于如何将热力学预料的可能性变成现实性，

7、还必需进行动力学等其他相关学科的探讨。 热力学理论是由热力学基本定律、热力学函数和热力学基本概念三部分构成的，热力学基本定律构成了热力学完整的理论框架体系。热力学三大定律是热力学的核心内容。通常所说的热力学主要是指经典热力学，所探讨的对象是指宏观系统处于平衡状态下所发生的纯粹物理改变过程中的热力学规律，因此又称为平衡态热力学，而探讨处于非平衡态下的热力学规律则称为非平衡态热力学或不行逆过程热力学。热力学的基本定律具有普遍意义，随着热力学理论的不断发展和完善，在各种领域里都得到了广泛的应用，派生出了很多不同的学科分支，如工程热力学、化学热力学和化工热力学等。 热力学基本原理应用于探讨化学反应过程

8、时，就形成了化学热力学。化学热力学的基本内容包括热化学、化学平衡和相平衡等理论，主要任务是要解决化学反应中的两大问题，一是要解决化学反应中的能量衡算即反应的热效应问题，反应吸热还是放热，以及做功状况如何，这些都属于热力学第肯定律所要解决的问题，热力学第肯定律实质上是能量转化与守恒定律在热学上的一种特别表现形式。二是要解决化学反应中的方向和限度问题，一个化学反应能否进行平衡产率如何以及如何选择条件来提高平衡产率这些都是热力学其次定律所要解决的问题，热力学其次定律从能量转化所受到的限制论证了宏观过程的方向和限度。热力学第三定律是关于低温现象的定律，阐述了规定熵的数值，为热力学量的计算供应了科学依据

9、，从而进一步解决了化学平衡的计算问题。2 工程热力学则是热力学应用于热力工程领域时发展起来的一门新兴学科，主要探讨蒸汽机和冷冻机的工作原理以及工质的热力学性质，探讨提高能量转换效率的新途径。伴随着化学工业的迅猛发展，在化学热力学和工程热力学的基础上又渐渐发展起来了另一门新兴的学科化工热力学，化工热力学的主要任务概括地说也有两个方面，一是平衡探讨，二是过程热力学分析。平衡探讨对于单相系统而言主要是物性探讨，要得出肯定温度压力和组成下的热力学性质，这是进一步探讨多相系统和化学反应系统的基础，也是过程热力学分析的基础；对于多相系统，主要探讨相平衡时温度压力与各相组成以及各种热力学性质间的相互依靠关系

10、，这干脆为选择分别方法以及单元操作装置的设计服务；对于化学反应系统，主要是探讨化学平衡时温度压力与组成间的相互依靠关系，为反应装置的设计供应志向极限。过程热力学分析则是从有效利用能源的角度探讨实际生产过程的效率，这有两个层次，一是能量衡算，二是进一步分析能量品位的改变，热力学分析可指明过程中引起能量品位严峻降低的薄弱环节，从而供应改进方向。3 热力学在探讨化学反应的热效应时发展起来了一门独立的学科即热化学，热化学事实上是热力学第肯定律在化学反应过程中的详细应用，是化学热力学的一个重要组成部分。须要指出的是热化学的探讨先于热力学的发展，早期有关热化学的探讨数据为热力学的发展奠定了坚实的试验基础。

11、除了反应热效应外，溶解、稀释、相变、吸附等物理及生物过程中的热效应也都属于热化学探讨的范畴更重要的是，热化学的试验数据还有其明确的实际应用价值。由此还可以进一步获得化学反应平衡常数以及化合物稳定性和分子结构等其他热力学参数的重要信息。 【参考文献】 1朱元举评精品物理化学教材中存在的问题(一)：热力学第肯定律的统计说明J2022，37(8)：185 2朱元举，主编.物理化学 3时钧，汪家鼎，余国琮，陈敏恒，主编化学工程手册：上卷化学工业出版社，1101612：2-42-6 责任编辑：尹雪梅 第6页 共6页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页