科学训练小论文

化学热力学论文
摘要:物理化学与物理学、无机化学、有机化学在内容上存在着难以准确划分
的界限，物理化学还与许多非化学的学科有着密切的联系，以化学热力学的蓬勃发展为其特征，而化学热力学在我们现实生活中处处可以得以体现，给我们现代生活带来众多的便利，而且对研究开发新的事物也起到了很大的作用。

关键词：热力学；熵；药物；动力学
引言：化学热力学是物理化学和热力学的一个分支学科，它主要研究物质系统在各种条件下的物理和化学变化中所伴随着的能量变化，从而对化学反应的方向和进行的程度作出准确的判断。

化学热力学的核心理论有三个：所有的物质都具有能量，能量是守恒的，各种能量可以相互转化；事物总是自发地趋向于平衡态；处于平衡态的物质系统可用几个可观测量描述。

化学热力学是建立在三个基本定律基础上发展起来的。

热力学第一定律就是能量守恒和转化定律，它给出了热和功相互转化的数量关系。

热力学第二定律：不可能从单一热源取热使之完全变为有用的功而不引起其他变化。

相当于摩擦生热过程的不可逆性。

除上述两种说法外，热力学第二定律还有几种不同的叙述方式，它们之间是等效的。

1912年，能斯脱提出热力学第三定律，即绝对温度的零点是不可能达到的。

这个定律非常重要，为化学平衡提供了根本性原理。

热力学所根据的基本规律就是热力学第一定律、第二定律和第三定律，从这些定律出发，用数学方法加以演绎推论，就可得到描写物质体系平衡的热力学函数及函数间的相互关系，再结合必要的热化学数据，解决化学变化、物理变化的方向和限度，这就是化学热力学的基本内容和方法。

下面我们来谈谈一谈化学热力学在我们日常生活中的应用：
1·1 化学热力学与生命科学
热力学是研究各种形式的能量转换规律的科学。

人体是一个巨大的化学反应库,生命过程是建立在化学反应基础之上的一个非常复杂的体系。

1·1·1在化学热力学中熵(S)是一个重要的函数。

熵是系统混乱度的量度,系统的混乱度越大,熵值越大。

从宏观来看生命过程是一个熵增的过程,始态是生命的产生,终态是生命的结束,这个过程是一个自发的、单向的不可逆过程。

衰老是生命系统的熵的一种长期的缓慢的增加,也就是说随着生命的衰老,生命系统的混乱度增大,当熵值达极大值时即死亡。

生命体通过不断与外界交换物质、能量、信息和负熵,可使生命系统的总熵值减小,从而有序度不断提高,生命体系才得以动态地发展。

1·1·2熵增加原理也可以解释肿瘤在人体内的发生、扩散。

细胞基因癌变,造成人体正常基因组的异常活化,细胞无节制地扩增,使有序向无序转化,加速生命的耗散,熵值异常增大,在短期内熵值就增到极大值,人的生命便终止了。

越恶
性的肿瘤,熵值越小,与体系分化越明显,使人体的熵增也相对越大,对生命的威胁越大。

1·2 化学热力学在药学上的应用
物理化学中热力学知识在药物研究中有十分广泛的应用，这种应用帮助我们展开了一门具有广阔发展空间的新边缘学科。

在药物生产中，选择合适的工艺路线、工艺条件、探索制药反应机理、研究药物稳定性、药物保存条件和期限等，就需要掌握物理化学的有关理论知识。

其中，与热力学知识联系最为密切的是药物合成开发、药剂学和药理学等学科。

1·2·1药物提取药物提取中，对浸提过程相关热力学进行研究，以Fick 扩散第二定律为基础，并由此推算出浸提的速率常数、活化能、相对萃余率、半衰期以及平衡常数、摩尔焓变、摩尔熵变、摩尔吉布斯焓变、摩尔亥姆霍兹焓变等动力学和热力学函数值。

对提取的工艺设计及操作条件的选择可以提供有价值的理论依据。

1·2·2 药物晶型研究晶型不同的药物其理化性质可能有所不同。

对药物晶型热力学参数如溶解热、熔化热、熵以及自由能等的研究，有助于选择适当的药物晶型。

用化学热力学的方法分析药学问题，为药物研究提供了一条新途径。

通过热力学原理的应用，可以找到药物合成及制剂的新途径，药理学研究的新方法，为药代和药动学的研究提供了理论支持。

1·3化学热力学与食品专业
随着人们保健意识和生活水平的不断提高,食用含不饱和脂肪酸的植物油已成为消费主流。

人们开始对植物油的热值测定开展了一些研究。

高热值食品极易引起肥胖,并进一步诱发高血脂、动脉硬化、冠心病、糖尿病等,低热值食物能起到防肥瘦身、预防各种疾病和延年益寿的作用。

故可将食用植物油热值与不饱和脂肪酸含量结合起来作为选择食用依据。

开展测定食用植物油的热值实验可使学生掌握可燃但不易燃液体样品热值的测定方法,便于从营养学角度了解食用植物油的性质。

化学热力学创新实验教学在一定程度上培养了学生创新思维,其科研能力得到了很好的锻炼和提高,同时也普遍增强了学生对化学热力学的学习兴趣。

1·4 化学热力学与化学动力学
化学热力学讨论了化学反应的热效应、化学反应的方向与限度、水溶液化学平衡、电化学等内容，化学动力学研究了化学反应的快慢。

化学热力学是物理化学和热力学的一个分支学科。

它主要研究物质系统在各种条件下的物理和化学变化中所伴随着的能量变化，从而对化学反应的方向和进行的程度作出准确的判断。

化学动力学是研究化学反映过程的速率和反应机理的物理化学分支学科，它的研究对象是物质性质随时间变化的非平衡的动态体系。

化学动力学与化学热力学是相辅相成的,动力学的研究必须以热力学的结果(肯定反应有可能发生)为前提条件,而热力学只有与动力学相结合才能全面
解决化学反应的实际问题”。

“我们用以控制化学过程的方法主要是改变: (1)温度, (2)压力, (3)反应物的比例, (4)催化剂。

若不知这些因子对平衡及速度的影响,就不但不能使其充分发挥作用,有时还可以引起混乱”。

这两段话较好地概括了化学动力学与化学热力学之间的关联和辩证关系。

化学热力学就是应用热力学的基本定律研究化学变化及其有关的物理变化的科学。

主要研究化学过程的能量转换关系及化学反应的方向与限度。

而化学动力学则是研究化学反应的速度与机理,以及各种因素对反应速率的影响。

化学热力学可以作为化学动力学的极限情况,即时间趋于无限的平衡态来考虑。

在一定温度下,在平衡状态或接近平衡状态时,动力学建立的方程式均可用热力学原理加以关联。

其次,热力学稳定,动力学不稳定的情况是不存在的。

可以这样认为,一个反应要进行,化学热力学不稳定是必要条件,而化学动力学不稳定是充分条件。

就此深入探讨必将有助于从物质的本性、微观结构去认识、揭示化学反应的实。

化学热力学在生活中的各个方面都有深入，生命科学、环境科学、食品、医药的研制与开发等等。

热力学的基本任务是：通过对热力系统、热力平衡、热力状态、热力过程、热力循环和工质的分析研究，改进和完善热力发动机、制冷机和热泵的工作循环，不断提高热能利用率和热功转换效率。

从这个层面上看，热力学几乎是无处不在的。

例如：：空调与冰箱的制冷系统（电能转移热能），汽车、火车中的内燃机（热能转化为机械能），电饭锅中的加热装置（电能转化为热能），微波炉的加热装置（电磁能转化为热能），太阳能加热装置（太阳能转化为热能），高压锅（通过气压调节沸点），天然气灶（化学能转化为热能）以及一些简单的热传导等等。

此外，一些保温等平衡装置也属于热力学研究范畴。

在未来的发展中，相信热力学一定还会给我们的生活生产带来更大的便利。

参考文献：
[1] 刘毅敏，赵先英，王祥智，赵华文，杨旭 . 化学热力学与生命科学 Journalof MathematicalMedicine (2007)01-007-03
[2] 高文颖,刘义,屈松生. 生命体系与熵. 大学化学, 2002,17(5):24-28
[3] 宗光萤.化学热力学在药物中的研究.辽宁中医药大学学报1673-842X（2011）04-0247-03
[4] 吴晨亮.中学化学课程中的化学热力学与化学动力学学习要求分析.当代教育论坛2011(3):49-55
[5] 贺克强.化学动力学与化学热力学的联系.武汉工业大学学报 2000，（2）:96-97
[6] 刘志明,孙清瑞,张爱武,王琴.食品专业化学热力学创新实验教学.实验室研究与探索2011，（1）:192-195。