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下面我们来介绍化学㶲

㶲这个术语我们很清楚

我们在前面讲热力学第二定律的时候

我们介绍过㶲

那么这里的化学㶲

跟我们前面的那个㶲

又是怎样的一个关系呢

我们一起来看一下

我们前面介绍㶲的时候

我们应该大概是这样描述的

当系统可逆地达到与环境的温度

以及压力相平衡的时候

系统所能提供的

或者说所能做出来的

最大有用功叫做㶲

那是我们前面讲的 对吧

这个㶲实际上是物理㶲

也就是这里没有涉及到任何化学反应

前面那个㶲应该是物理㶲严格的来说

那么对于环境 环境本身是没有㶲的

所以我们一般把环境称为物理死态

大家习惯上这么来说

但我觉得这个说法不太好

不太好听的意思

但是大家这么来说环境是物理死态

也就是说它没有做功能力

它的物理㶲是等于0

我们知道当一个系统它的温度和压力

与环境相平衡的时候

它的物理㶲是等于0的

那么当系统处于物理死态的时候

也就是说当一个系统的温度和压力

与环境相平衡的时候

它经过一个可逆的物理扩散

或者化学反应达到与环境化学平衡

这主要是指的成分要相同

组分相同 成分也要完全相同的时候

所能提供的那部分最大有用功

叫做化学㶲

所以化学㶲跟物理㶲是不一样的

化学㶲 首先 你这系统本身

它的物理㶲是等于0的

但是它的组分 它的组元

或者它的成分

与化学㶲那基准点是不一样的

与环境是不一样的

刚才说了经过物理的扩散

或者化学反应达到与环境化学平衡

那也就是说

这化学㶲实际上包含了两部分

一个是扩散㶲还有一个反应的㶲

那么扩散㶲

也就是说它成分或者说浓度

与环境是不一样的

那么这反应了化学㶲

那么它应该是你的组元跟环境

也是不一样的

所以它化学㶲应该是两部分的

那么这样以来

一个系统总的㶲它就应该是两部分

有物理㶲然后还有化学㶲

应该是这两部分

那么如果是系统跟环境的压力和温度

完全相同的情况下

那么它的物理㶲是等于0的

如果是不同就有物理㶲

而化学㶲只要你的组元或者是成分

与环境不一样

那么你就有化学㶲

那么我们就来看一下化学㶲的基准

我们知道物理㶲的基准是什么呢

就是环境的压力和温度

也就是说对于物理㶲

你只要给定了这个环境的压力和温度

那么这物理㶲的基准就给定了

而对于物理㶲呢

除了温度和基准之外还要有什么

还要有它的组元是什么

它的浓度或者说成分

或者说份额是多少 这些也要指定的

那么通过来说这个化学㶲的基准

是怎样一个基准点呢

通常取25度一个标准大气压

这个跟前面那些一样

标准生成焓

或者是标准生成吉布斯函数

那个基准是一样的

然后饱和湿空气

那么这个饱和湿空气

它的组元还有它的成分

或者它的组分那就确定了

我们具体给它列一下

那么它的组元有氮气

有氧气 有水蒸气还有二氧化碳

还有其它的杂质

这是饱和湿空气 然后它的摩尔分数

各个组元的摩尔分数或者是摩尔成分

那么也是确定的

如果是饱和湿空气

当然各自的分压力也是确定的

我们列在这儿

但是这些具体的数

不一定要求大家记住

但是说你要知道

化学㶲的基准点是怎样的 它是25度

一个大气压的饱和湿空气

当然这是标准大气压

当然国际上还有其它的标准

当然这个是用的最多的

我们再来重新展示一下

那么化学㶲的基准是什么呢

25℃一个标准大气压的

饱和湿空气为环境空气

那么这样以来各个组元它在25度

以及各自的分压力下的㶲是等于0的

那么所有这样的环境空气

它的化学㶲是等于0的

那我想问你纯氧气

或者说 纯二氧化碳

或者说 纯氮气

它各自在标准温度和压力

也就25度一个标准大气压下

它的物理㶲等于多少

等于0 对吧 它的化学㶲呢

它的化学㶲是不等于0的

因为它在分压下等于0

那你在标准压力下的㶲

肯定是不等于0的

因为这两个压力不一样

那么各个气体它在标准温度和压力下

它的化学㶲等于多少呢

那么它就应该等于

这个气体从标准状态

变到它处于分压状态下

那个㶲的变化量

也就是从T0 p0

变化到T0 pi的那个㶲值

那么这个你应该会算

我们具体的一起来推一下

我们用一个示意图来表示一下

那么各个组元气体

从T0 p0的状态到T0 pi

也就是它那个分压那状态那㶲值

然后从标准状态变到分压力状态

这两个㶲值的差值等于什么呢

应该等于它㶲的差 这个我们会算

我们把这两种状态的㶲差的计算式

我们展示在这 屏幕上

然后我们来看等号左侧的第二项

用紫色表示的那个 它是什么呢

它是这个组元在分压力下的㶲值

而这个㶲值是多少

你刚刚规定它是等于0的

是吧 那我们就开始把它用0记录一下

然后我们再来看

等号右侧的第一项和第二项

它是什么呢 它是两个状态的焓差

那么这两个状态有什么特点呢

它们的温度是一样的

但压力是不一样的

而这个气体是理想气体

理想气体的焓有什么特点

只跟温度相关

那么所以这两个焓差怎么样

它是等于0的

那么剩下的后面那一项

右侧的后面中括号里那一项

那就是熵的变化量

那么理想气体熵的变化量

你是会算的 是吧

而且它温度是不变 前后温度是一样

那就是一个压力的一个不同

然后我们来进一步地

把熵的计算公式代进去

我们整理一下

然后我们利用理想气体

熵变的计算公式

然后我们整理一下

我们发现它最后等于什么呢

等于负的通用气体常数

乘以标准状态的温度

然后再乘以这个组元

在饱和湿空气中的摩尔分数

当然这取In 这是它最后的结果

计算式我们放在这

也就是说纯气体

各自在标准状态下的化学㶲的计算式

那么比如说对于纯氧气

那么我们把它摩尔分数代里去

然后我们就可以算出来它这结果

我们书上的表12-2的最后一行

表示了这各自组元的

它的纯气体在标准状态下的㶲值

是这样的

那么刚刚是我们纯气体

在标准状态下的

化学㶲的计算 它的公式

我们得出来的

那么对于燃料它的化学㶲

又怎样来进行计算呢

我们也可以按照它的定义式

那这个燃料经过化学反应

然后变成跟化学㶲的基准

也就是那个环境相平衡的时候

那么它的㶲值也可以这么来算

但是这个算可能要稍微复杂点

我们从另外一个角度

我们利用㶲平衡来进行计算

我们具体来看一下燃料化学㶲

那么这燃料

比如说它里面含有氢 含有碳

那么我们用CaHb来表示

然后它与氧气还有氮气

也就是在空气里燃烧了

然后生成什么呢

生成这二氧化碳还有H2O

当然是水蒸气 然后还有氮气

也就是说含碳和氢的燃料

在空气中燃烧

然后生成的二氧化碳 生成水蒸气

然后当然这里氮气

它没有参加化化学反应的

那么如果反应之前

也就是各个反应物它处于标准状态

各自处于标准状态

然后反应之后

各个物质也处于标准状态

那么它这个㶲除了这个燃料的㶲以外

其它那几种物质我们是可以知道的

对吧 那么我们来看一下

那么如果反应前

各个物质分别处于标准状态

然后反应后

各个物质也分别处于标准状态

那么这样以来

无论是反应物 还是生成物

除了燃料的化学㶲以外

其它的那些物质的化学㶲

我们是可以知道的 对吧

你这个氧气 氮气

还有二氧化碳 还有水蒸气

我们的表已经给出来了 对吧

这是初终态的㶲

然后这个过程

这过程中有可能产生㶲

怎样的一个过程的㶲

你是可以确定的呢

比如我们前面讲的

可逆等温过程

对外做的最大有用功

是吉布斯函数的减小

而这个吉布斯函数的变化量

我们是可以算的

因为我们引入了标准生成吉布斯函数

所以我们就利用这样的一个过程

这样的一个模型来计算燃料的化学㶲

我们把这个模型的示意图

画在我们屏幕的下方

反应物有燃料 有氧气 还有氮气

然后经过一个可逆等温反应

对外输出最大有用功

然后产生这产物有这二氧化碳

有水蒸气 还有这氮气

当然它也各处于标准状态下

我们把这模型放在这 为了看的清楚

然后我们来列它的㶲平衡

那么是一个可逆的一个等温过程

那么所有的反应物的㶲

应该等于所有的生成物的㶲

然后再加上一个输出的最大有用功

那么反应物我们用蓝色来表示

然后生成物用绿色来表示

我们来写出来

然后这个最大的有用功

我们用紫色来表示

为了直观我们这样来表示出来

然后你再来看一下

这里反应前后都有氮气

而且反应前后它的状态是没有变化的

氮气是惰性气体

反应前是多少反应后还是多少

然后前和后状态还没有变

那么所以它俩是相等的

所以这项可以消掉的

然后我们再来看一下

这里边的对外做的最大有用功

它等于吉布斯函数的减小

那么也就是所有的

反应物的吉布斯函数

减去所有的生成物的吉布斯函数

因为是在标准状态下

所以各个物质的吉布斯函数

那就是它的标准生成吉布斯函数

因为那个变化量是没有的

因为状态就是标准状态

所以我们可以把对外做的最大有用功

用吉布斯函数来表示

那么所有的反应物的吉布斯函数

这个前后氮气是一样的

所以氮气这一项没有了

那么反应物是什么呢

是你的燃料还有这氧气

而氧气是单质

所以它的标准生成吉布斯函数是0

然后产物有什么呢

产物有二氧化碳还有水蒸气

那氮气前后消掉了

所以就剩这三个标准生成吉布斯函数

我们放在这儿

我们再来看㶲平衡

㶲平衡里面对外做的最大有用功

就是我们的刚才推导的最大有用功

那么它是三个吉布斯函数之间的差值

然后我们再来看这个燃料㶲 蓝色的

然后它右侧的这几项

还剩哪几个量需要求的呢

一个是二氧化碳的㶲

还有水蒸气

以及氧气在标准状态下的㶲值

实际上就是这三个纯气体

在标准状态下的化学㶲

这是我们前面推了 是吧

那么它跟啥有关呢 等于什么呢

等于通用气体常数乘以温度

然后乘以这个组元

在饱和湿空气中的摩尔分数

但是乘以一个In

我们给它写下来

那我们把这些所有的量

都代到这个表达式中去

那么整理一下就是我们屏幕下面

最下方的这个表达式

然后我们再来看一下

那么这个等号右侧的

第一个括号里边的那三项

它是标准生成焓可以查

我们书上的这个表12-1的

然后等号右侧的第二项

它是几个物质的

各自在饱和湿空气中的摩尔分数

那么也可以查我们教材上的表12-2

那么这样以来我们等号左侧的

那个燃料的化学㶲不就可以算了嘛

所以这稍微复杂一点

但是任何一个燃料的化学㶲

是可以算的

我们一起来把这一小节的主要内容

总结一下 有三点

那么第一点是

稳定流动可逆等温过程

对外做的最大有用功是什么呢

是吉布斯函数的减小

为了算最大有用功

所以要引入标准生成吉布斯函数

那么这个标准生成吉布斯函数

它的规定跟我们前面的标准生成焓

是完全类似的

那么引入了标准生成吉布斯函数之后

我们最大有用功就可以算了

但是在算的过程中我们发现

熵也需要统一基准

那么再一个就是化学㶲

化学㶲它与物理㶲的不同

这个你要清楚

特别是要了解和掌握化学㶲的基准

那么化学㶲

它是相对于物理㶲来提出来的

那么也就是说

你系统处于物理死态的时候

但是它的成分或者说浓度 组元

与环境不一样

所以它就有化学㶲

那么比如说我们这个煤

放在这个环境中的煤

还有处于环境状态的油

比如说我们加油站的油

那么它们是否有㶲呢

它的㶲又是什么㶲呢

这个希望你能够知道

这是我们这一小节的主要内容