物理化学课件.pptx

2.1.1热力学的研究对象

•研究热、功和其他形式能量之间的相互转换及

其转换过程中所遵循的规律；

•研究各种物理变化和化学变化过程中所发生的

能量效应；

•研究化学变化的方向和限度及外界条件（如温

度、压力、浓度等）对反应的方向和限度的影

响。

热力学的方法和局限性

热力学方法

•研究对象是大数量分子的集合体，研究

宏观性质，所得结论具有统计意义。

•只考虑变化前后的净结果，不考虑物质

的微观结构和反应机理。

•能判断变化能否发生以及进行到什么程

度，但不考虑变化所需要的时间。

局限性

不知道反应的机理、速率和微观性

质，只讲可能性，不讲现实性。

热力学的方法和局限性

如合成氨的工业生产，单纯从热力学的角度分析，

在常温常压下是完全可能的，但实际上却不然；再如

二氧化硅的多晶转变问题，热力学预言从α-石英到

α-方石英的转变必须经历α-鳞石英，但实际上，由

于从α-石英到α-鳞石英的转变速度极慢而使该步骤

难以出现；类似的例子还有金刚石到石墨的转变，由

于其转变速度慢到难以检测，因此我们不必担心金刚

石在一夜之间变成石墨。

2.1.2体系与环境

体系（System）

简单而言，体系即研究之对象

。也就是为了研究问题的方便

，我们常常用一个真实或想象

的界面把一部分物质或空间与

其余分开，这种被划定的研究

对象称为体系，亦称为物系或

环系境统（。surroundings）

与体系密切相关、影响所

及的那部分物质或空间称为环

境。

体系分类

根据体系与环境之间的关系，把体系分为三类

（以体系与环境之间能否交换能量或物质为依据）

（1）敞开体系（opensystem）

体系与环境之间既有物质交换，又有能量交换。

体系分类

（2）封闭体系（closedsystem）

体系与环境之间无物质交换，但有能量交换。

体系分类

（3）孤立体系（isolatedsystem）

体系与环境之间既无物质交换，又无能量交换，故

又称为隔离体系。有时把封闭体系和体系影响所及的环

境一起作为孤立体系来考虑。

体系的分类

体系的性质

用宏观性质来描述体系的热力学状态，故这些性质

又称为热力学变量。可分为两类：

广度性质（extensiveproperties）

又称为容量性质，它的数值与体系的物质的量成正

比，如体积、质量、熵等。这种性质有加和性，在数学

上是一次齐函数。

强度性质（intensiveproperties）

它的数值取决于体系自身的特点，与体系的数量无关

，不具有加和性，如温度、压力等。它在数学上是零次齐

函数。指定了物质的量的容量性质即成为强度性质，如摩

尔热容。

热力学所研究的宏观性质中,有些是可测量的,如温度

、压力等，而另一些是不可测量的，如内能、焓等。

n

体系的性质

练习：请应用齐次函数的性质证明广度量具有

加和性？

证明：设二组分体系由a、b两部分组成，则

ab，ab

n1n1n1n2n2n2

nananbnb

12，12

n1n2n1n2

体系的性质

a

aaan1

LL(T,P,n1,n2)L(T,P,n1,n2)

n1

b

bbbn1

LL(T,P,n1,n2)L(T,P,n1,n2)

n1

nanb

LaLb(11)LL

n1

2.1.3状态函数

体系的一些性质，其数值仅取决于体系所处

的状态，而与体系的历史无关；它的变化值仅取

决于体系的始态和终态，而与变化的途径无关。

具有这种特性的物理量称为状态函数（state

function）。

状态函数的特性可描述为：异