化学反应与扩散过程

化学反应与扩散过程组员：赵文菊刘莉丽简单介绍一下：本节主要内容考虑理想流体tt系统中某体积元化学反应的反应速率显然与体积元内分子A与分子发生碰撞的频率成正比，因而与其中反应物A和的分子数密度和成正比，即是比例系数。一般来说在非平衡系统中、和可以是时间和坐标的函数。同理，体积元内化学反应的反应速率可表为是比例系数。1kiAXYB1iXiXAnin11Aiknn1kAnin122kiAXZBC2222AiiAiknnnknn22k两个反应同时发生时，体积元内的分子数密度的变化率为另一方面，由扩散引起分子数密度的变化率可表为是的粒子流密度。将上述两式相加得体积元中分子数密度的变化率可表示为iXin2121222iAiAichnknnknntiniidinJtiJiXin122iinJt一般地当体积元存在r个化学反应时组元i的分子数密度的变化率可表为式中是第个化学反应的反应速率，是在第个反应方程中组元i的系数。当组元i在反应方程中是生成物时为正，是反应物时为负。对于反应---扩散过程，由式知局域熵密度的变化率为1riiinJtiiiiniiiiiiiiipiiiiiiiiinsJtTtTTJJTTT引入反应的局域化学亲合势可将式局域熵密度变化率表为与局域熵密度增加率比较，知熵流密度为上式给出粒子流所携带的熵流，局域熵产生率为iiiiiiasJJtTTT1kiiiaSsJtisiiJJTiiiaJTT两项分别表示扩散过程和化学反应过程的局域熵产生率将上式与式比较，知反应扩散过程的流量J与动力X为,,didiiiiichchJJXTaJXTkkkJX亲合能的诞生亲和能等价于化学反应体系自由能的减少，即由此，化学反应亲和能可以作为等温等压化学反应方向和趋势的判据：反应向–△G＞0的方向进行；自由能的降低值（–△G）越大，反应的自发倾向，即反应的趋势越强。显然，A=–△G比A=–Q更深刻地反映了亲和观的意义。AG化学亲合势的导入1922年，唐德尔通过化学势μ来定义“affinityofchemicalreaction”：其中γi是组分i的化学计量数。由于该定义中“affinity”，在现代意义上应理解为能，如同引力势、电势中的势，都是能的一种形式，这可以从它的量度看出来，因此，它应表示为“化学反应亲和势”。“化学反应亲和势”可简称为“化学亲和势”或“亲和势”，有的也译为“化学反应亲和能”；该定义实际上仍基于吉布斯自由能，因为化学势为偏摩尔吉布斯自由能。iiiA＝化学亲和势与反应速率V的关系引入反应度（thedegreeofadvancementofreaction）来定义反应速率（单位时间反应度的变化率），并根据熵增原理导出化学亲和势与反应速率V的关系：A·V0普里高津指出，上式“表达了化学亲和势最有特征的性质”，因为它表明“亲和势与化学反应速率有密切关系”因此：化学反应亲和势就可以充任研究平衡态向远离平衡态过渡的概念工具。例如，对化学反应体系，A=0对应于平衡态，化学反应速率为零；A变导致体系偏离平衡态，|A|小（A＜＜KBT），表明体系实际态与平衡态间的距离小（近平衡态），体系接近稳定，此时按照线性区的近似，化学反应的流（总化学反应速率）对化学反应的力（亲和势）可以看成为线性近似关系；|A|大则表明体系实际态与平衡态间的距离大（远离平衡态），体系不稳定；|A|足够大时，体系可能达到一种新的稳定态，形成有序的耗散结构。因此，一般说来，化学反应速率与化学亲和势是非线性关系的。非线性不可逆过程热力学应用参考文献：•汪志诚.热力学与统计物理[M].北京：高等教育出版社，2003.•傅献彩沈文霞姚天扬侯文华编.物理化学[M].南京大学:高等教育出版社，2005.•M.B.罗金娜著，李连芬译，“关于化学亲和力问题的历史发展”，《化学通报》，1957年第3期