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把熵看做是衡量物质或系统有序度的一个尺度

时间:2019-01-14 查看:187
内容摘要:热力学涉及热流和功对物质的效应。热力学第一定律和第一定律概括了热力学的基本原理。第一定律指出了热力学能、热和功之间的相互关系。第一定律导出了熵,可以用来确定任何给定反应进行的方向和限度。从第一定律引出了焓和各种类型的焓变(如生成热)的概念,...
热力学涉及热流和功对物质的效应。热力学第一定律和第一定律概括了热力学的基本原理。第一定律指出了热力学能、热和功之间的相互关系。第一定律导出了熵,可以用来确定任何给定反应进行的方向和限度。从第一定律引出了焓和各种类型的焓变(如生成热)的概念,把热力学第一和第二定律结合起来。
可以定义一个叫做吉布斯自由能的物理量。吉布斯自由能是系统的最有用的热力学性质,因为对于温度和压力是变量的系统,用吉布斯自由能可以定量地确定反应进行的方向和限度。
由于热力学能用于任何一种物质,地质学家可以用它来研究各种自然过程。热力学可以应用于实验室、野外和理论研究,以得到关于不同条件下矿物的稳定性,关于天然水中的化学反应以及自然界所遇到的许多变量对给定过程的相对重要性方面的资料。为了获取这些资料,需要测定矿物、液体、气体和离子的热力学性质,标准摩尔生成焓、标准摩尔熵和标准摩尔生成吉布斯自由能尤为有用。
可以把熵看做是衡量物质或系统有序度的一个尺度。一个可能的过程是否必将发生,取决于有关的熵变和热(焓)的变化。通常,造成较低的有序度和导致失热的过程是实际发生的过程。下列表达式陈述了这两个因素和吉布斯自由能变化之间的关系凶合一
 
所有的过程在等温、等压条件下,都应按照使吉布斯自由能减小的方向进行。但计算出丛G的值很小,却并不能告诉我们某个变化将要发生的方式,或者这个变化将以多快的速度发生。
另一个重要等式表示反应的标准吉布斯自由能变化与反应平衡常数之1司的关系立,石鲁一一R丁lnK
 
这个等式提供了一个方法,使我们能把反应物和生成物的活度(修正浓度)与反应的吉布斯自由能变化联系起来。在应用热力学关系式时,需要用活度代替浓度,用逸度代替压力来处理问题。活度可以看成是固体和液体按照理想方式活动时所达到的浓度值逸度可以看成是气体按照理想方式活动时所达到的压力值。系统中某组分的活度或逸度在理论上的定义,是以它和此组分化学势的关系为依据的。可根据已知组分含量变化时所产生的热力学函数变化来定义其化学势。
当系统处于平衡时,各相中每种组分的化学势必定相等。从这个要求可导出相律。律就是平衡状态下系统中相、组分和变量1司的相互关系。吉布斯相律的表达式为F一C+2一中。可以用相律推测一种岩石T t.乙H一·T立S(恒温下)''
 
现在我们把相律应用于图解4-5所示的系统。沿某封闭系统由1线的共存相数为4石英、硅灰石、方解石和二氧化碳。描述这四个相所需要的组分等于3Si02,Ca0和C02。因此,F一C+2一中一3+2-41。这个系统的自由度为1。这意味着·我们可以在压力不变时把温度任意地变为一个新的数值,而使黑云母
四个组分仍然处于平衡。换句话说,我们可以任意改变温度或),矼力,而继续保持在平衡线上。但假如我们对温度和力同时任意选择新的数值,我们就不可能继续保持在平衡线上了。