化学热力学基础：系统、状态函数与热力学定律

# 化学热力学基础
## 定义
- 研究热能与化学反应之间关系
- 能量转移与转化
- 影响反应物与产物
## 基本概念
- 系统
  - 关注的部分
  - 分类
    - 封闭系统
      - 只与内部环境交换能量
    - 开放系统
      - 与周围环境交换物质和能量
    - 孤立系统
      - 不与外界交换任何物质和能量
- 周围 
  - 与系统交换的环境
  - 影响系统状态的外部因素
- 状态函数
  - 描述系统状态的物理量
  - 只与当前状态有关
  - 常见状态函数
    - 内能 (U)
    - 焓 (H)
    - 熵 (S)
## 状态函数详细
- 内能 (U)
  - 系统中所有分子及原子内能总和
  - 由温度、体积和物质种类决定
  - 计算方式
    - U = U(T, V, n)
- 焓 (H)
  - 内能与压强_体积功总和
  - 表示恒压下反应的能量变化
  - 计算公式
    - H = U + PV
- 熵 (S)
  - 系统的无序程度或信息缺失量
  - 描述热平衡和自发过程
  - 熵变计算
    - ΔS = q_rev / T
## 化学反应中的能量变化
- 热
  - 热量的转移
  - 与温度变化有关
  - 计算方法
    - q = mcΔT
- 功
  - 系统对外做的机械功
  - 外部对系统做的功
  - 功的形式
    - 压力-体积功
    - 电功
- 能量变化形式
  - 放热反应
    - 系统向周围释放热量
    - 例子：燃烧反应
  - 吸热反应
    - 系统从周围吸收热量
    - 例子：溶解反应
## 热力学定律
- 第一律：能量守恒定律
  - 封闭系统内总能量守恒
  - 能量不能凭空产生或消失
- 第二律：熵增原则
  - 孤立系统的熵总是增加
  - 自然过程向无序状态发展
  - 例子：热量从高温物体流向低温物体
- 第三律：绝对零度基准
  - 完美晶体的熵为零
  - 在绝对零度时
  - 实际应用：低温物理学
## 应用
- 预测反应的自发性
  - 根据吉布斯自由能变化
- 预测平衡状态
  - 反应商与平衡常数关系
- 反应条件对能量变化的影响
  - 温度、压力、浓度对反应的影响
- 理论指导化学合成、材料科学及工程
  - 提高反应效率和选择性