化學反應與擴散過程課件

化學反應與擴散過程

組員：趙文菊劉莉麗

1簡單介紹一下：簡單介紹一下：2

本節(jié)主要內(nèi)容本節(jié)主要內(nèi)容3考慮理想流體考慮理想流體4

系統(tǒng)中某體積元化學反應

的反應速率顯然與體積元內(nèi)分子A與分子發(fā)生碰撞的頻率成正比，因而與其中反應物A和的分子數(shù)密度和

成正比，即

是比例系數(shù)。一般來說在非平衡系統(tǒng)中、和可以是時間和坐標的函數(shù)。

同理，體積元內(nèi)化學反應

的反應速率可表為

是比例系數(shù)。

系統(tǒng)中某體積元化學反應

的反應速率顯5兩個反應同時發(fā)生時，體積元內(nèi)的分子數(shù)密度的變化率為

另一方面，由擴散引起分子數(shù)密度的變化率可表為是的粒子流密度。將上述兩式相加得體積元中分子數(shù)密度的變化率可表示為兩個反應同時發(fā)生時，體積元內(nèi)的分子數(shù)密度6一般地當體積元存在r個化學反應時組元i的分子數(shù)密度的變化率可表為

式中是第個化學反應的反應速率，是在第個反應方程中組元i的系數(shù)。當組元i在反應方程中是生成物時為正，是反應物時為負。對于反應---擴散過程，由式知局域熵密度的變化率為一般地當體積元存在r個化學反應時組元i的分子數(shù)密度7引入反應的局域化學親合勢

可將式局域熵密度變化率表為與局域熵密度增加率比較，知熵流密度為上式給出粒子流所攜帶的熵流，局域熵產(chǎn)生率為引入反應的局域化學親合勢可將式局域熵密度變化率表為8兩項分別表示擴散過程和化學反應過程的局域熵產(chǎn)生率將上式與式比較，知反應擴散過程的流量J與動力X為兩項分別表示擴散過程和化學反應過程的局域熵產(chǎn)生率將上式與式9親合能的誕生

親和能等價于化學反應體系自由能的減少，即

由此，化學反應親和能可以作為等溫等壓化學反應方向和趨勢的判據(jù)：反應向–△G＞0的方向進行；自由能的降低值（–△G）越大，反應的自發(fā)傾向，即反應的趨勢越強。顯然，A=–△G比A=–Q更深刻地反映了親和觀的意義。親合能的誕生親和能等價于化學反應體系自由能的減少，即10化學親合勢的導入

1922年，唐德爾通過化學勢μ來定義“affinityofchemicalreaction”：其中γi是組分i的化學計量數(shù)。由于該定義中“affinity”，在現(xiàn)代意義上應理解為能，如同引力勢、電勢中的勢，都是能的一種形式，這可以從它的量度看出來，因此，它應表示為“化學反應親和勢”。“化學反應親和勢”可簡稱為“化學親和勢”或“親和勢”，有的也譯為“化學反應親和能”；該定義實際上仍基于吉布斯自由能，因為化學勢為偏摩爾吉布斯自由能。

化學親合勢的導入1922年，唐德爾通過化學勢11化學親和勢與反應速率V的關系

引入反應度（thedegreeofadvancementofreaction）來定義反應速率（單位時間反應度的變化率），并根據(jù)熵增原理導出化學親和勢與反應速率V的關系：A·V>0

普里高津指出，上式“表達了化學親和勢最有特征的性質(zhì)”，因為它表明“親和勢與化學反應速率有密切關系”

化學親和勢與反應速率V的關系引入反應度（t12因此：

化學反應親和勢就可以充任研究平衡態(tài)向遠離平衡態(tài)過渡的概念工具。例如，對化學反應體系，A=0對應于平衡態(tài)，化學反應速率為零；A變導致體系偏離平衡態(tài)，|A|?。ˋ＜＜KB

T），表明體系實際態(tài)與平衡態(tài)間的距離?。ń胶鈶B(tài)），體系接近穩(wěn)定，此時按照線性區(qū)的近似，化學反應的流（總化學反應速率）對化學反應的力（親和勢）可以看成為線性近似關系；因此：化學反應親和勢就可以充任研究平衡態(tài)向遠離平衡態(tài)過渡的13|A|大則表明體系實際態(tài)與平衡態(tài)間的距離大（遠離平衡態(tài)），體系不穩(wěn)定；|A|足夠大時，體系可能達到一種新的穩(wěn)定態(tài)，形成有序的耗散結(jié)構(gòu)。因此，一般說來，化學反應速率與化學親和勢是非線性關系的。

|A|大則表明體系實際態(tài)與平衡態(tài)間的距離大（遠離平衡態(tài)），體14非線性不可逆過程熱力學應用非線性不可逆過程熱力學應用www.animationfact15參考文獻：汪志誠.熱力學與統(tǒng)計物理[M].北京：高等教育出版社，2003.傅獻彩沈文霞姚天揚侯文華編.物理化學[M].南京大學:高等教育出版社，2005.M.B.羅金娜著，李連芬譯，“關于化學親和力問題的歷史發(fā)展”，《化學通報》，1957年第3期

參考文獻：汪志誠.熱力學與統(tǒng)計物理[M].北京：高等教育出版16

化學反應與擴散過程

組員：趙文菊劉莉麗

17簡單介紹一下：簡單介紹一下：18

本節(jié)主要內(nèi)容本節(jié)主要內(nèi)容19考慮理想流體考慮理想流體20

系統(tǒng)中某體積元化學反應

的反應速率顯然與體積元內(nèi)分子A與分子發(fā)生碰撞的頻率成正比，因而與其中反應物A和的分子數(shù)密度和

成正比，即

是比例系數(shù)。一般來說在非平衡系統(tǒng)中、和可以是時間和坐標的函數(shù)。

同理，體積元內(nèi)化學反應

的反應速率可表為

是比例系數(shù)。

系統(tǒng)中某體積元化學反應

的反應速率顯21兩個反應同時發(fā)生時，體積元內(nèi)的分子數(shù)密度的變化率為

另一方面，由擴散引起分子數(shù)密度的變化率可表為是的粒子流密度。將上述兩式相加得體積元中分子數(shù)密度的變化率可表示為兩個反應同時發(fā)生時，體積元內(nèi)的分子數(shù)密度22一般地當體積元存在r個化學反應時組元i的分子數(shù)密度的變化率可表為

式中是第個化學反應的反應速率，是在第個反應方程中組元i的系數(shù)。當組元i在反應方程中是生成物時為正，是反應物時為負。對于反應---擴散過程，由式知局域熵密度的變化率為一般地當體積元存在r個化學反應時組元i的分子數(shù)密度23引入反應的局域化學親合勢

可將式局域熵密度變化率表為與局域熵密度增加率比較，知熵流密度為上式給出粒子流所攜帶的熵流，局域熵產(chǎn)生率為引入反應的局域化學親合勢可將式局域熵密度變化率表為24兩項分別表示擴散過程和化學反應過程的局域熵產(chǎn)生率將上式與式比較，知反應擴散過程的流量J與動力X為兩項分別表示擴散過程和化學反應過程的局域熵產(chǎn)生率將上式與式25親合能的誕生

親和能等價于化學反應體系自由能的減少，即

由此，化學反應親和能可以作為等溫等壓化學反應方向和趨勢的判據(jù)：反應向–△G＞0的方向進行；自由能的降低值（–△G）越大，反應的自發(fā)傾向，即反應的趨勢越強。顯然，A=–△G比A=–Q更深刻地反映了親和觀的意義。親合能的誕生親和能等價于化學反應體系自由能的減少，即26化學親合勢的導入

1922年，唐德爾通過化學勢μ來定義“affinityofchemicalreaction”：其中γi是組分i的化學計量數(shù)。由于該定義中“affinity”，在現(xiàn)代意義上應理解為能，如同引力勢、電勢中的勢，都是能的一種形式，這可以從它的量度看出來，因此，它應表示為“化學反應親和勢”?！盎瘜W反應親和勢”可簡稱為“化學親和勢”或“親和勢”，有的也譯為“化學反應親和能”；該定義實際上仍基于吉布斯自由能，因為化學勢為偏摩爾吉布斯自由能。

化學親合勢的導入1922年，唐德爾通過化學勢27化學親和勢與反應速率V的關系

引入反應度（thedegreeofadvancementofreaction）來定義反應速率（單位時間反應度的變化率），并根據(jù)熵增原理導出化學親和勢與反應速率V的關系：A·V>0

普里高津指出，上式“表達了化學親和勢最有特征的性質(zhì)”，因為它表明“親和勢與化學反應速率有密切關系”

化學親和勢與反應速率V的關系引入反應度（t28因此：

化學反應親和勢就可以充任研究平衡態(tài)向遠離平衡態(tài)過渡的概念工具。例如，對化學反應體系，A=0對應于平衡態(tài)，化學反應速率為零；A變導致體系偏離平衡態(tài)，|A|?。ˋ＜＜KB

T），表明體系實際態(tài)與平衡態(tài)間的距離?。ń胶鈶B(tài)），體系接近穩(wěn)定，此時按照線性區(qū)的近似，化學反應的流（總化學反應速率）對化學反應的力（親和勢）可以看成為線性近似關系；因此：化學反應親和勢就可以充任研究平衡態(tài)向遠離平衡態(tài)過渡的29|A|大則表明體系實際態(tài)與平衡態(tài)間的距離大（遠離平衡態(tài)），體系不穩(wěn)定；|A|足夠大時，體系可能達到一種新的穩(wěn)定態(tài)，形成有序的耗散結(jié)構(gòu)。因此，一般說來，化學反應速率與化學親和勢是非線性關系的。

|A|大則表明體