动态平衡的化学平衡
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发布时间：2022-05-29 22:22
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时间：2023-10-04 07:06
处处可见的动态平衡
在我们的生活中，许多状态都处于一种动态平衡中，例如大气平衡、水平衡、物理平衡、化学平衡、生态平衡、人体体液的酸碱平衡、人口发展平衡、贸易平衡、供求平衡等。在高中学习阶段，我们也将接触许多平衡体系。因此，了解和学习有关动态平衡的知识将具有极其重要的意义。
动态平衡
动态平衡是物质系统在不断运动和变化情况下的宏观平衡。世界上没有绝对的、静止的平衡，平衡是一个动态的过程。例如密闭容器内水的气一液平衡，液态水和水蒸气的平衡可用下式来表示：
H2O(l)DH2O(g)
如果单位时间内从液相进入气相的水分子数（水的蒸发）恰好等于从气相进入到液相的水分子数（水的凝聚），该体系就不再有净的变化，即密闭容器中水的蒸气压趋于某一定值，此时出的蒸发和水蒸气的凝聚处于平衡状态，而且是一种动态平衡．因水的蒸发与凝聚仍在不断进行。这虽然是水的状态的动态平衡过程，但其思想方法同样也适用于一切的动态平衡过程
动态平衡与物理学中的勒夏特列原理
勒沙特列原理：当改变动态平衡系统的一种外界条件（如浓度、压强或温度等）时，平衡就被打破，并向能够减弱这种改变的方向移动。该原理不仅适用于物理、化学平衡体系，更是自然界中的一条普遍规律，它对于所有的动态平衡都是适用的也适用于物理平衡，例如水的三态变化：升高温度，平衡向吸热方向移动，有利于水蒸发为气态；降低温度，平衡向放热方向移动，有利于水凝固成冰。
化学平衡是动态平衡
19世纪50-60年代，热力学的基本规律已明确起来，但是一些热力学概念还比较模糊，数字处理很烦琐，不能用来解决稍微复杂一点的问题，例如化学反应的方向问题。当时，大多数化学家正致力于有机化学的研究，也有一些人试图解决化学反应的方向化学反应的方向问题。这种努力除了质量作用定律之外，还有其他一些人试图从别的角度进行反应方向的探索，其中已有人提出了一些经验性的规律。
在这一时期，丹麦人汤姆生和贝特罗试图从化学反应的热效应来解释化学反应的方向性。他们认为，反应热是反应物化学亲合力的量度，每个简单或复杂的纯化学性的作用，都伴随着热量的产生。贝特罗更为明确地阐述了与这相同的观点，并称之为“最大功原理”，他认为任何一种无外部能量影响的纯化学变化，向着产生释放出最大能量的物质的方向进行。
19世纪60-80年代，霍斯特曼、勒夏特列和范霍夫在这一方面也做了一定的贡献。首先，霍斯特曼在研究氯化铵的升华过程中发现，在热分解反应中，其分解压力和温度有一定的关系，符合克劳胥斯一克拉佩隆方程：dp/dt=Q/T(V'-V)
其中Q代表分解热，V、V'代表分解前后的总体积。范霍夫依据一述方程式导出的下式：
lnK=-(Q/RT)+c
此式可应用于任何反应过程，其中Q代表体系的吸收的热（即升华热）。范霍夫称上式为动态平衡原理，并对它加以解释，他说，在物质的两种不同状态之间的任何平衡，因温度下降，向着产生热量的两个体系的平衡方向移动。1874年和1879年，穆迪埃和罗宾也分别提出了这样的原理。穆迪埃提出，压力的增加，有利于体积相应减少的反应发生。在这之后，勒夏特列又进一步普遍地阐释了这一原理。他说，处于化学平衡中的任何体系，由于平衡中的多个因素中的一个因素的变动，在一个方向上会导致一种转化，如果这种转化是惟一的，那么将会引起一种和该因素变动符号相反的变化。
然而，在这一方面做出突出贡献的是吉布斯，他在热力化学发展史上的地位极其重要。吉布斯在势力化学上的贡献可以归纳4个方面。第一，在克劳胥斯等人建立的第二定律的基础上，吉布斯引出了平衡的判断依据，并将熵的判断依据正确地*在孤立体系的范围内。使一般实际问题有了进行普遍处理的可能。第二，用内有、熵、体积代替温度、压力、体积作为变量对体系状态进行描述。并指出汤姆生用温度、压力和体积对体系体状态进行描述是不完全的。他倡导了当时的科学家们不熟悉的状态方程，并且在内能、熵和体积的三维坐标图中，给出了完全描述体系全部热力学性质的曲面。第三，吉布斯在热力学中引入了“浓度”这一变量，并将明确了成分的浓度对内能的导数定义为“热力学势”。这样，就使热力学可用于处理多组分的多相体系，化学平衡的问题也就有了处理的条件。第四，他进一步讨论了体系在电、磁和表面的影响下的平衡问题。并且，他导出了被认是热力学中最简单、最本质也是最抽象的热力学关系，即相律，在，而平衡状态就是相律所表明的自由度为零的那种状态。
吉布斯对平衡的研究成果主要发表在他的三篇文章之中。1873年，他先后将前两篇发表在康涅狄格州学院的学报上，立即引起了麦克斯韦的注意。吉布斯前两篇文可以说只是一个准备，1876年和1878年分两部分发表了第三篇文章-《关于复相物质的平衡》，文章长达300多页，包括700多个公式。
对于吉布斯的工作，勒夏特列认为这是一个新领域的开辟，其重要性可以与质量不灭定律相提并论。然而，吉布斯的三篇文章发表之后，其重大意义并未被多数科学家们所认识到，直到1891年才被奥斯特瓦德译成德文，1899年勒夏特列译成法文出版之后，情况顿然改变。
路易斯所提出的逸度与活度的概念，使吉布斯的理论得到了有益的补充和发展，从而使人们有可能将理想体系的偏差进行统一，使实际体系在形式上具有了与理想体系完全相同的热力学关系式。
