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平衡态热力学,也包括准静态过程假说,均是用准静态热力学性质,判定非准静态过程(化学反应或相变)的自发性.
本文拟结合准静态过程假说具体探讨化学反应G判据的应用范围.
准静态过程假说
准静态过程[1]是指系统每一瞬间均无限小的偏离平衡,并随时可恢复平衡;客观要求准静态过程
必须连续、无间断,并且无限缓慢;准静态过程是一种理想化的热力学过程,与环境无关.
准静态过程假说规定:所有热力学过程均为准静态过程;对于准静态过程的热力学元熵过程,
δQ≡T·dS (1)
δWV=-p·dV (2)
准静态过程的元熵过程包括自发过程、平衡及非自发过程三种形式.
2. 准静态过程假说热力学性质的应用范围
准静态过程假说热力学性质的应用范围参见如下表1.
表1显示:化学反应热力学性质ΔrHm、ΔrSm及ΔrGm只适用于准静态过程,准静态过程是一种理想化热力学过程,因此热力学计算为一种虚拟计算,计算结果并不等同客观事实[2].
3.化学反应自发性的G判据及其实用范围
化学反应自发性的G判据是指:在恒温恒压及环境不提供有效功的前提下,如果ΔrGm=0, 化学反应处于平衡;如果ΔrGm<0, 化学反应自发;如果ΔrGm>0, 则化学反应非自发.
化学反应自发性的G判据及其实用范围参见如下表2.
表2显示,当化学反应的ΔrGm=0时, 化学反应处于平衡,其实用范围是准静态过程.
需明确准静态过程是特殊类型的平衡,可认为此时G判据数据(ΔrGm)及其实用范围是一致的.
当化学反应的ΔrGm<0,或>0时, ΔrGm仍是准静态数据,需判定自发性的化学反应处于非准静态,包括自发与非自发两种情况.
4. 结论
⑴ 当化学反应平衡时, ΔrGm是准静态数据,与其实用范围是一致的;
⑵当化学反应自发或非自发时, ΔrGm仍是准静态数据,此时化学反应处于非准静态.
参考文献
[1]余高奇. 准静态过程假说的理论优势.http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666 .科学网博客, 2022,6.
[2]余高奇. 准静态过程假说结构图及相关概念.http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666 .科学网博客, 2022,4.
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