|
本文拟结合准静态过程假说,解释平衡态热力学中的时间及相关概念.
时间(t)
准静态过程假说将所有热力学过程均规定为准静态过程,客观要求每一个热力学过程均无限缓慢,数学上
连续、无间断且可积可微;因此完成每一个热力学过程所需时间均为无限长(或t=∞),此时常忽略(或不考
虑)时间对热力学状态的影响,近似将热力学过程的每一个状态均视为热力学平衡态.
2. 热力学平衡态
热力学平衡态是指系统的热力学性质不随时间变化;它要求系统必须同时满足热平衡、力平衡、化学平衡
与相平衡.
热平衡是指系统温度单一,系统内部不发生热传递;
力平衡是指系统压力单一,系统所处空间坐标不会发生改变;
化学平衡(或相平衡)是指从宏观角度观察,系统内部不再发生化学反应(或相变)[1].
平衡态热力学规定所有的热力学状态均为热力学平衡态.
2.1 化学反应(或相变)的热力学平衡态
范特霍夫平衡箱是平衡态热力学中化学反应(或相变)的标准反应器;范特霍夫平衡箱[2]参见如下图1.
对于气相化学反应dD(g)+eE(g)=fF(g)+gG(g),始态是反应物“D(g)与E(g)”;终态是生成物“F(g)与
G(g)”. 反应进行条件为恒温(或dT=0)、恒压(或dp=0)、平衡组成恒定及环境不提供有效功.
需明确,系统始态的反应物“D(g)与E(g)”是从范特霍夫平衡箱1、2两个加料口分别加入,两者只有在范
特霍夫平衡箱才能相遇,并发生反应;因此反应物“D(g)与E(g)”各自均为热力学平衡态. 同理系统终态的生成
物“F(g)与G(g)”各自也均为热力学平衡态.
由上可知:化学反应(或相变)的始态反应物“D(g)与E(g)”包括两个热力学平衡态;化学反应(或相
变)的终态生应物“F(g)与G(g)”也包含两个热力学平衡态. 脱离范特霍夫平衡箱,谈化学反应(或相变)的
热力学平衡态是没有意义的.
3. 结论
⑴热力学过程的准静态规定,导致热力学过程无限缓慢,可忽略(或不考虑)时间对热力学状态的影响;
⑵脱离范特霍夫平衡箱,谈化学反应(或相变)的热力学平衡态没有意义.
参考文献
[1]沈文霞. 物理化学核心教程(第二版).北京: 科学出版社, 2009: 30-31.
[2]余高奇. 范特霍夫平衡箱——理想化热力学反应器. http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666 . 科学网博客,2023,1
Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )
GMT+8, 2024-12-19 15:23
Powered by ScienceNet.cn
Copyright © 2007- 中国科学报社