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化學統計力學

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化學統計力學(chemical statistical mechanics ),是從微觀角度研究反應能量變化,反應方向和反應限度問題的學科。與之相對應的經典化學熱力學(chemical classical thermodynamics),則是從宏觀角度研究反應能量變化,反應方向和反應限度問題的學科
統計力學的研究對象是宏觀系統的熱力學性質;研究方法是微觀方法,即以等概率原理和宏觀量是微觀量的平均值原理為基礎,先通過實驗方法測量微觀粒子的力學性質,後通過數學(統計)方法計算宏觀系統的熱力學性質;研究目的和意義是揭示宏觀性質與微觀性質之間的聯繫,洞察宏觀性質的微觀本質
統計力學包括經典統計力學和量子統計力學,其中,經典統計力學又稱麥克斯韋(Maxwell)-玻耳茲曼(Boltzmann)統計力學,它用經典規律研究統計力學,量子統計力學又包括費米(Fermi)-狄拉克(Dirac)統計力學和玻色(Bose)-愛因斯坦(Einstein)統計力學,它用量子規律研究統計力學;統計力學又包括平衡態統計力學和非平衡態統計力學,其中,平衡態統計力學又稱統計熱力學,它研究系統的狀態性質,非平衡態統計力學研究系統的過程性質
中文名
化學統計力學
定    義
根據微觀粒子性質和運動力學規律
研究方向
物理化學主要研究物質的化學變化
運    用
氣體分子運動論

目錄

化學統計力學定義

根據微觀粒子性質和運動力學規律,採用概率統計方法闡明並推斷物質的宏觀性質和規律性。它包括經典統計力學、量子統計力學、平衡態與非平衡態統計力學等。

化學統計力學運用

統計力學研究工作起始於氣體分子運動論,R.克勞修斯、J.C.麥克斯韋和L.玻耳茲曼等是這個理論奠基人。他們逐步確定了微觀處理方法(表徵統計力學特性)和唯象處理方法(表徵熱力學特性)之間的聯繫。1902年J.W.吉布斯在《統計力學的基本原理》專著中強調了廣義系綜的重要性,並發展了多種系綜方法,原則上根據一個給定系統微觀純力學特性,可以計算出系統的全部熱力學量,而且他提出正則系綜和巨正則系綜的研究對象不侷限於獨立子系統,對於粒子之間具有相互作用的相依子系統也能處理。量子力學的發展對於微觀粒子中的費密子和玻色子在統計力學中分別建立了費米-狄拉克、玻色-愛因斯坦統計分佈律。當量子效應不顯著或經典極限條件下 ,兩種量子統計分佈律都趨近於麥克斯韋-玻爾茲曼分佈律。20世紀50年代以後 ,統計力學又有很大的進展,主要是在分子間有較強相互作用下的平衡態與非平衡態問題。

化學統計力學研究方向

物理化學主要研究物質的化學變化(包括相變化)及化學物質結構、性能之間關係的基本規律,在闡明這些規律時,都需要應用化學統計力學理論。統計力學可以闡明唯象熱力學基本定律和熱力學函數的微觀意義,是對系統宏觀性質更深入層次(微觀結構)本質的認識。化學統計力學可以從物質微觀性質(如粒子平動、轉動、振動、電子運動等)計算出物質的熱力學性質(如氣體壓力、熱容、熵、焓、吉布斯函數、標準平衡常數等)。宏觀規律無法説明漲落現象,而統計力學能夠成功地解釋並揭示出漲落的規律性。化學統計力學可以闡明唯象化學動力學的規律。化學反應速率的碰撞理論、過渡態理論都是以統計力學為基礎的,還可根據分子性質估算化學動力學中的某些參數。在氣態、液態、固態、溶液、混合物、界面、吸附等領域也廣泛地應用統計力學理論。化學統計力學也存在着某些侷限性,如分子結構和性質簡化假設等問題,使得某些理論結果與實際情況符合得不是很好,還需要進一步研究。