熱力學(xué)是以熱力學(xué)第一定律與第二定律為基礎(chǔ)而建立起來(lái)的。把熱力學(xué)的基本定律與方法應(yīng)用于研究化學(xué)反應(yīng)體系建立了化學(xué)熱力學(xué)。作為化學(xué)熱力學(xué)的奠基者則是亥姆霍茲、吉布斯、能斯特、范特霍夫與路易斯等。
化學(xué)工業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)化學(xué)熱力學(xué)。而冶金工業(yè)的迅速發(fā)展則是化學(xué)熱力學(xué)在高溫工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用中最為突出的范例。
自從德國(guó)的中克、美國(guó)的啟普曼以及前蘇聯(lián)的薩馬林等一批冶金科學(xué)家把化學(xué)熱力學(xué)引入冶金領(lǐng)域,用化學(xué)熱力學(xué)研究有高溫熔體參與的冶金反應(yīng),才使冶金從全靠技藝和工匠的經(jīng)驗(yàn)及技巧的生產(chǎn)方式發(fā)展成為一門科學(xué),金屬的產(chǎn)量、質(zhì)量與品種劇增,大大促進(jìn)了人類的物質(zhì)文明與生活水平的提高。在現(xiàn)今的高新科技發(fā)展中,化學(xué)熱力學(xué)仍然是取得新材料、新進(jìn)展與成就的重要有效途徑之一。
化學(xué)熱力學(xué)在高溫領(lǐng)域之所以應(yīng)用特別有效,是因?yàn)楦邷貢r(shí)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)因素如激活能等阻礙大為降低。最明顯的例子是,從熱力學(xué)計(jì)算在室溫下H2與O2可以自發(fā)地反應(yīng)生成水,然而由于動(dòng)力學(xué)原因卻從未見(jiàn)到在室溫下H2與O2
生成H2O。但是在高溫下,由于動(dòng)力學(xué)因素的阻礙消除,H2與O2會(huì)自發(fā)地甚至爆炸式地急劇反應(yīng)成H2O。因此,在高溫下根據(jù)熱力學(xué)判斷一個(gè)化學(xué)反應(yīng)是否進(jìn)行及限度(平衡),往往是可靠的、正確的。
正是由于高溫7臺(tái)金工業(yè)的需要,眾多的科學(xué)工作者對(duì)氣相、固相、熔體以及它們之間進(jìn)行的反應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能變化進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)測(cè)定與研究,從而積累了豐富、可靠的熱力學(xué)數(shù)據(jù)。由于熱力學(xué)函數(shù)只決定于狀態(tài),是狀態(tài)函數(shù),具有線性組合或加和性,因此可以利用已有的一些物質(zhì)或化合物的熱力學(xué)數(shù)據(jù)去計(jì)算或估計(jì)一些需要待定的、尚未進(jìn)行過(guò)實(shí)驗(yàn)研究或?qū)嶒?yàn)研究困難的一些反應(yīng),判斷其是否可能進(jìn)行及進(jìn)行的方向與限度(平衡)。這就避免了大量人力、物力與時(shí)間的浪費(fèi),并事先較快地做出評(píng)估。
耐火材料所用原料無(wú)論是天然礦的煅燒或人工合成,多是在高溫下進(jìn)行的,其制品除不定形耐火材料外,也是在高溫下燒成的。而耐火材料的服務(wù)對(duì)象都是高溫工業(yè)。其制品的使用都是在高溫下進(jìn)行的。在許多高溫過(guò)程中可以接近或達(dá)到平衡,平衡時(shí)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)自然就對(duì)耐火材料的高溫行為提供了非常有用的依據(jù)。因此,對(duì)耐火材料工作者來(lái)說(shuō),化學(xué)熱力學(xué)的地位就顯得十分重要。即使是不定形耐火材料,其所用原料也多是在高溫下煅燒或人工合成的,只是在由耐火原料制作制品時(shí)不經(jīng)過(guò)高溫?zé)伞<词惯@樣,在由原料生產(chǎn)制品過(guò)程中的泥漿或泥料以及各種活性添加劑的作用也是以化學(xué)熱力學(xué)中的電解質(zhì)水溶液、電化學(xué)以及表面或界面熱力學(xué)為基礎(chǔ)的。
我們知道化學(xué)熱力學(xué)是研究化學(xué)變化體系中可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。若在給定條件下,從化學(xué)熱力學(xué)得出此反應(yīng)是不能進(jìn)行的,而仍然要去研究其速度或動(dòng)力學(xué)就會(huì)是毫無(wú)用處與無(wú)意義的。如果此反應(yīng)是可能進(jìn)行的,再?gòu)幕瘜W(xué)動(dòng)力學(xué)研究如何實(shí)現(xiàn)與加快其反應(yīng)速度則是需要的。
耐火材料是多組元、多相、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的體系,化學(xué)熱力學(xué)雖然可以確定在高溫過(guò)程中可能發(fā)生什么反應(yīng),在使用條件下選用何種材質(zhì)較為合適,但這些一經(jīng)確定之后,有關(guān)一些動(dòng)力學(xué)因素如混合、傳質(zhì)、傳熱、液相黏度,室溫與高溫下的有些力學(xué)性能、顯微組織與結(jié)構(gòu)仍然需要做實(shí)驗(yàn)研究與測(cè)定。因?yàn)闊崃W(xué)并不涉及材料內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)與微觀運(yùn)動(dòng)。
例如電熔耐火材料,雖然由化學(xué)熱力學(xué)可以確定其在高溫熔體與冷卻過(guò)程中發(fā)生的一些反應(yīng)及產(chǎn)物;但在熔體熔鑄凝固過(guò)程中,由于黏度、傳質(zhì)、傳熱以及伴隨的偏析與收縮,則不是熱力學(xué)所能解決的。
化學(xué)工業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)化學(xué)熱力學(xué)。而冶金工業(yè)的迅速發(fā)展則是化學(xué)熱力學(xué)在高溫工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用中最為突出的范例。
自從德國(guó)的中克、美國(guó)的啟普曼以及前蘇聯(lián)的薩馬林等一批冶金科學(xué)家把化學(xué)熱力學(xué)引入冶金領(lǐng)域,用化學(xué)熱力學(xué)研究有高溫熔體參與的冶金反應(yīng),才使冶金從全靠技藝和工匠的經(jīng)驗(yàn)及技巧的生產(chǎn)方式發(fā)展成為一門科學(xué),金屬的產(chǎn)量、質(zhì)量與品種劇增,大大促進(jìn)了人類的物質(zhì)文明與生活水平的提高。在現(xiàn)今的高新科技發(fā)展中,化學(xué)熱力學(xué)仍然是取得新材料、新進(jìn)展與成就的重要有效途徑之一。
化學(xué)熱力學(xué)在高溫領(lǐng)域之所以應(yīng)用特別有效,是因?yàn)楦邷貢r(shí)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)因素如激活能等阻礙大為降低。最明顯的例子是,從熱力學(xué)計(jì)算在室溫下H2與O2可以自發(fā)地反應(yīng)生成水,然而由于動(dòng)力學(xué)原因卻從未見(jiàn)到在室溫下H2與O2
生成H2O。但是在高溫下,由于動(dòng)力學(xué)因素的阻礙消除,H2與O2會(huì)自發(fā)地甚至爆炸式地急劇反應(yīng)成H2O。因此,在高溫下根據(jù)熱力學(xué)判斷一個(gè)化學(xué)反應(yīng)是否進(jìn)行及限度(平衡),往往是可靠的、正確的。
正是由于高溫7臺(tái)金工業(yè)的需要,眾多的科學(xué)工作者對(duì)氣相、固相、熔體以及它們之間進(jìn)行的反應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能變化進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)測(cè)定與研究,從而積累了豐富、可靠的熱力學(xué)數(shù)據(jù)。由于熱力學(xué)函數(shù)只決定于狀態(tài),是狀態(tài)函數(shù),具有線性組合或加和性,因此可以利用已有的一些物質(zhì)或化合物的熱力學(xué)數(shù)據(jù)去計(jì)算或估計(jì)一些需要待定的、尚未進(jìn)行過(guò)實(shí)驗(yàn)研究或?qū)嶒?yàn)研究困難的一些反應(yīng),判斷其是否可能進(jìn)行及進(jìn)行的方向與限度(平衡)。這就避免了大量人力、物力與時(shí)間的浪費(fèi),并事先較快地做出評(píng)估。
耐火材料所用原料無(wú)論是天然礦的煅燒或人工合成,多是在高溫下進(jìn)行的,其制品除不定形耐火材料外,也是在高溫下燒成的。而耐火材料的服務(wù)對(duì)象都是高溫工業(yè)。其制品的使用都是在高溫下進(jìn)行的。在許多高溫過(guò)程中可以接近或達(dá)到平衡,平衡時(shí)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)自然就對(duì)耐火材料的高溫行為提供了非常有用的依據(jù)。因此,對(duì)耐火材料工作者來(lái)說(shuō),化學(xué)熱力學(xué)的地位就顯得十分重要。即使是不定形耐火材料,其所用原料也多是在高溫下煅燒或人工合成的,只是在由耐火原料制作制品時(shí)不經(jīng)過(guò)高溫?zé)伞<词惯@樣,在由原料生產(chǎn)制品過(guò)程中的泥漿或泥料以及各種活性添加劑的作用也是以化學(xué)熱力學(xué)中的電解質(zhì)水溶液、電化學(xué)以及表面或界面熱力學(xué)為基礎(chǔ)的。
我們知道化學(xué)熱力學(xué)是研究化學(xué)變化體系中可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。若在給定條件下,從化學(xué)熱力學(xué)得出此反應(yīng)是不能進(jìn)行的,而仍然要去研究其速度或動(dòng)力學(xué)就會(huì)是毫無(wú)用處與無(wú)意義的。如果此反應(yīng)是可能進(jìn)行的,再?gòu)幕瘜W(xué)動(dòng)力學(xué)研究如何實(shí)現(xiàn)與加快其反應(yīng)速度則是需要的。
耐火材料是多組元、多相、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的體系,化學(xué)熱力學(xué)雖然可以確定在高溫過(guò)程中可能發(fā)生什么反應(yīng),在使用條件下選用何種材質(zhì)較為合適,但這些一經(jīng)確定之后,有關(guān)一些動(dòng)力學(xué)因素如混合、傳質(zhì)、傳熱、液相黏度,室溫與高溫下的有些力學(xué)性能、顯微組織與結(jié)構(gòu)仍然需要做實(shí)驗(yàn)研究與測(cè)定。因?yàn)闊崃W(xué)并不涉及材料內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)與微觀運(yùn)動(dòng)。
例如電熔耐火材料,雖然由化學(xué)熱力學(xué)可以確定其在高溫熔體與冷卻過(guò)程中發(fā)生的一些反應(yīng)及產(chǎn)物;但在熔體熔鑄凝固過(guò)程中,由于黏度、傳質(zhì)、傳熱以及伴隨的偏析與收縮,則不是熱力學(xué)所能解決的。
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