Chapter04-热力学1-2008ppt.pdf

地 球 化 学 地 球 化 学 Geochemistry 第四章地球化学热力学和 动力学 第四章 地球化学热力学和动力学 第一节 地球化学热力学 一、发展史 二、基本概念和术语 三、热力学定律 四、自由能和简单体系的平衡计算及应用 第二节 地球化学动力学 第一节 地球化学热力学 一、发展史 二、基本概念和术语 三、热力学定律 四、自由能和简单体系的平衡计算及应用 第一节 地球化学热力学 一、发展史 宇宙是由物质组成的。可以把物质定义为构成任何 实际物体的材料。物质能以固体、液体和气体的状 态存在。物质的这些状态是可以相互转变的。这些 变化——从物质的一种状态变成另一种状态，或从 一种组成变成另一种组成，是由做功或热流产生 的。有关物质因做功和热流而产生的物理化学变化 和化学变化的科学，叫做热力学。 第一节 地球化学热力学 一、发展史 十八世纪物理学家所关心的一件事，就是各种物理 过程中的热流。这项研究工作叫做热力学（热的运 动）。那时，化学家所关心的一件事情，是确定化 学反应所应进行的方向。有人发现，物理学家用来 研究功和热流关系的能量守恒定律，也使用于化学 过程。同时，有人正在研究与化学反应相联系的物 理化学变化。这些研究和热力学一并被归入一个学 科领域，叫做物理化学。 第一节 地球化学热力学 一、发展史 • 从热流和化学反应之间相互关系的研究中，形 成了一个想法，即化学反应总是沿着导致放热 的方向进行的。 • 不久，人们就发现这是错的。单从热流和功的 关系的研究中，克老修斯在1850年提出了一个 物理量，叫做熵。用熵可以确定所有自然过程 的进行方向。 • 这些研究的一个重要结果，就是建立了热力学 第一和第二定律。热力学第一定律涉及能量守 恒；热力学第二定律涉及反应进行的方向。 Gibbs和 Lewis 一、发展史 • 物理学家Gibbs在他1875－1878年发表的一些论文 中，概括了这两个热力学定律应用于物理变化和化 学反应的详细情况。在这些论文中，Gibbs导出了相 律，并建立了各种热力势的概念。Gibbs被公认为是 现代热力学领域的创始人。在他奠基以后，对热力 学理论增添的重要概念为数不多。 • G. N. Lewis在1901年和1907年分别引入了两个互有 联系的概念：逸度和活度。这两个概念在热力学研 究中有很大的用途。 热力学在地质学问题上的最初应用 1、Van’t Hoff 热力学在地质学问题上的最初应用，是由J. H. Van’t Hoff指导的一系列实验研究。其目的 是解释德国二叠纪盐矿床的成因。这项工作从 1896年一直进行到1909年。在定性说明蒸发岩 矿床中所见的矿物顺序和矿物组合方面，获得 了成功。 热力学在地质学问题上的最初应用 1、Van’t Hoff 蒸发岩实验开始后六年，华盛顿卡内基 研究所的一个委员会建议在哥伦比亚特区华盛 顿设立一个地球物理实验室。这个实验室的目 的是用定量方法将物理和化学的原理应用于地 质学问题。Van’t Hoff 的工作被援引为拟建实 验室的一部分理由。 2、N. L. Bowen 1970年，地球物理实验室建成，并且由 于把实验岩石学用于火成岩的起源问 题，而立即开始产生了由意义的成果。 其后的四十年中，这一领域中的领导人 是N. L. Bowen ，他的这学博士论文就是 于1912年在上述地球物理实验室内完成 的。 2、N. L. Bowen • 现代岩石学之父N. L. Bowen 1912年在Carnegie地 球物理实验室完成了博士论文，在之后的40年里， 一直在那里开展高温高压实验岩石学研究，发表了 大量的火成岩相图，为阐明结晶岩的成因和演化作 出了杰出的贡献。Bowen 反应序列即是其中之一。 3、V. M. Goldsc