余高奇
热力学“标准态”与“平衡态”关联式的构建
2024-9-3 11:10
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       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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