物理化学的扩展内容及其重要应用

物理化学的扩展内容及其重要应用物理化学的核心内容是化学热力学和化学动力学，主要研究平衡规律和速率规律。实际上物理化学研究的内容要广泛得多，如溶液、相平衡、电化学、界面现象和胶体化学等。我们可以把这些内容看作是物理化学的扩展内容。而在这些扩展内容里，往往既有热力学问题，又有动力学问题。并且这些扩展内容都具有重要的实际应用，都已经发展成为单独的学科。2.1化学势和电化学势由封闭体系的热力学第二定律，得到了过程方向和限度的判据。其中最重要的就是等温等压条件下的Gibbs自由能判据。要用这一判据去处理溶液问题、相平衡问题、电化学问题、界面现象等，往往面对的是组成可变的体系，以及作非体积功的情况。例如相平衡，整体我们可以看作是一个封闭体系，但就某一相而言，则是一个敞开体系；例如电化学和界面化学，电功和表面功都是非体积功。如何将由封闭体系热力学第二定律得到的主要结论推广到相平衡、化学平衡等当中去，即由组成不变的体系推广到组成可变的敞开体系当中去，其中最重要的概念就是化学势。2.1.1化学势和电化学势1．化学势由热力学第一、第二定律的联合表达式可知（2.1.1）其中，δWf是非体积功。式（2.1.1）只适用于组成不变的封闭体系。对于组成可变的敞开体系应为（2.1.2）式中，代表组成变化所引起的体系内能变化。由代入上式整理得（2.1.3）其中，代表组成变化所引起的体系Gibbs函数变化，代表温度变化所引起的体系Gibbs函数变化，Vdp代表压力变化所引起的体系Gibbs函数变化，－δWf代表环境所做的非体积功。式(2-3)表明，在温度、压力不变、环境不做非体积功条件下，组成改变会引起体系Gibbs自由能函数的改变；同样，在温度、压力和各物质的量均不改变的情况下，环境做非体积功会引起体系Gibbs自由能函数的增加，体系做非体积功会引起体系Gibbs自由能函数的减少。总之，非体积功会引起体系Gibbs自由能函数的变化。为了单独讨论体系中某一指定物质（或电解质溶液中某一指定离子）B，将式（2.1.3）写作（2.1