余高奇博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666 经典热力学也称平衡态热力学,研究系统由一个热力学平衡态变化至另一个热力学平衡态的准静态过程的自发性; 它是真实热力学过程发生的必要条件。

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热力学“标准态”与“平衡态”关联式的构建

已有 409 次阅读 2024-9-3 11:10 |系统分类:教学心得

       本文拟结合热力学等温方程,介绍热力学“标准态”与“平衡态”关联式的构建机制,供参考.

      设恒温(T)、恒压(p)及环境不提供有效功前提下,某气相反应:

       aA(g)+bB(g)→cC(g)+dD(g)                           (1)

  1. 某气相物质B的化学势

       设恒温(T)条件下,某气相物质B由标态pθ(pθ=100kPa)变化至分压为pB,则其化学势变化参见如下图1所

示:

image.png

                                                             pθ=100kPa                 pB     

                                                               μθ                             μ

                                                                  图1.化学势变化示意图

       依热力学基本方程可得:

        image.png             (2)

       将dT=0(恒温)及δW'=0(理想气体单纯pVT变化),分别代入上式,则式(2)可化简为:

        image.png                                    (3)

       恒温条件下,式(3)积分可得:

        image.png 

       整理上式可得:

        image.png                            (4)

       式(4)即为任意气相物质B,在温度T下的化学势表示式.

 2. 热力学等温方程的构建

      在恒温恒压及环境不提供有效功的前提下,对于化学反应(或相变),则:

      image.png                                     (5)

      将式(4)代入式(5),并整理可得:

      image.png

                image.png           (6)

     令:image.png                                         (7)

               image.png                                           (8)

    将式(7)、(8)依次代入式(6),并整理可得:

    image.png                                           (9)

    式(9)即为热力学等温方程.

    热力学规定:在恒温恒压及环境不提供有效功的前提下,封闭系统发生的化学反应(或相变),当

“ΔrGm=0”时,处于平衡.  此时反应商Jp即为热力学平衡常数Kθ.

    则平衡时,由式(9)可得:

    image.png                      (10)

    由式(10)可得:

    image.png                                     (11)

    式(11)即为热力学标准态与平衡态的关联式.

    需强调,由于热力学中化学反应(或相变)仅能通过范特霍夫平衡箱实现,计算所得化学反应的变、熵变

及吉布斯自由能变与客观事实不等价;因此式(11)只能是热力学的一种硬性规定. 也正是通过该规定,热力

学将自身理论体系的虚拟性与平衡常数的客观性构建在一起.

 3. 结论

    热力学标准态与平衡态的关联式为:image.png

     



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