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关于“熵增原理”表述的争鸣.pdf
第26卷第5期 大学化学 V01.26 No.5
2011年1O月 UNIVERSITY CHEMISTRY 0ct.2011
关于“熵增原理表述的争鸣
高盘良
(北京大学化学与分子工程学院 北京 100871)
摘要 介绍了国内物理化学教材中“熵增原理”的不同表述,对AS隔离/0(0不可逆,自发;=0可逆,平
衡)的表述提出了不同的意见。
关键词 熵增原理 不可逆过程 自发过程 可逆过程 平衡
目前熵增原理数学表述大致有3种方式
(1)AS隔离10(为不可逆过程;=为可逆过程)¨ 。
(2)AS隔离10(0不可逆,自发;=0可逆,平衡) 。
(3)△S舯体系0不可能发生的过程;0不可逆过程;=0可逆过程 。
表述(3)把过程分为两类:不可能发生的过程和可能发生的过程,其中可能发生的过程中又分为不
可逆过程及可逆过程;表述(1)与表述(3)是一致的。
表述(2)有两个问题值得讨论:①不可逆与自发能否等同或并列起来?②可逆与平衡,其中平衡
是指平衡过程,还是指平衡态?如是平衡过程,则与可逆过程是完全相同的表述,这样表述属于“画蛇
添足”,是多余的。如是平衡态,据熵是状态函数的性质应无熵变。据文献[2]:“在隔离体系中过程总
是自发地朝着熵值增加的方向进行,而当达到熵值最大的状态时,体系处于平衡态”,从而得出△s隔离10
(0不可逆,自发;=0可逆,平衡),此处的平衡明确是指平衡态。AS隔离=0不是熵极大的数学判据将
在本文的第2部分分析。
为了分析上述问题,必须从热力学第二定律要解决的问题:方向和限度这个大前提来讨论。
1 变化方向:不可逆与自发能否等同或并列起来?
为了研究不可逆与自发的关系,必须从热力学过程的基本概念说起。系统的宏观态随时间而变,说
明系统进行着宏观过程或热力学过程 J,改变系统宏观平衡态需要系统与环境之问发生相互作用。当
一 个系统从一个状态变化至另一状态时,系统即进行了一个过程,系统可以从同一始态出发,经不同的
途径变化至同一终态_6 ,也就是说,从同一始态出发,可经过可逆与不可逆两种途径变化至同一终态。
因此,热力学过程应包含3个要素:系统(主体),环境(与系统发生热力学相互作用),方式(可逆和不可
逆)。
如膨胀和压缩过程:膨胀过程是公认的自发过程(相同始态和终态间),一次或多次对抗等外压膨
胀,AS隔离0属不可逆过程;无限缓慢减压,AS隔离=0属可逆过程。自发过程的逆过程压缩过程不可能
自动发生,是公认的非自发过程,需借助外力(环境)才能恢复到始态,一次或多次加压,△5隔离0属不
可逆过程;无限缓慢加压,AS隔离=O属可逆过程。
以上说明不可逆与自发不等同,不可逆过程AS隔离0存在不可消除的后果,可逆过程AS隔离=0不
存在不可消除的后果,可逆与不可逆是热力学上的专有名词,有严格的科学内涵,不能简单地理解为一
般生活语言,由不可逆一单向性一自发。自发过程△5隔离0,但△Ls隔离0未必一定是自发过程,肯定是
第5期 高盘良:关于“熵增原理”表述的争鸣 75
不司逆过程。
表述(2)的熵增原理在教材中引来了一些混乱。如:①一些物理化学的题解书中把AS隔离0的过
程(如压缩过程明显不属于自发过程)一概都称为自发过程。②文献[2]中有一个思考题:自发过程一
定是不可逆过程,而不可逆过程一定是自发的。上述说法对吗?为什么?书中给出的答案是:第一句
对,第二句错。因为不可逆过程可以是非自发的,如自发过程的逆过程。同一本书自相矛盾,此处的答
案基本是对的,错误的是表述(2)。③有一本光催化的学术著作把光合作用写成了自发反应:“CO 光
还原反应是因为它在光催化过程中是自然(发)发生的……” j。在此不一一列举。
对于自发过程一直存在着两种意见:在热力学原理的表述和教学中有没有必要讲自发过程?本文
暂不讨论这个问题。但造成以上混乱的根本原因在于自发过程缺乏科学的定义,各人都有自己的理解。
下面看看国内物理化学教材关于自发过程的不同的典型定义。
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