《物理化學(xué)》中化學(xué)勢(shì)符號(hào)的系統(tǒng)規(guī)定*

孫海清

(山東科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，山東　青島　266590)

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《物理化學(xué)》中化學(xué)勢(shì)符號(hào)的系統(tǒng)規(guī)定*

孫海清

(山東科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島266590)

現(xiàn)行物理化學(xué)教材中的化學(xué)勢(shì)符號(hào)形式上不夠統(tǒng)一，學(xué)生在學(xué)習(xí)各種體系的化學(xué)勢(shì)表達(dá)式這一部分時(shí)感覺(jué)非常困惑和困難。本文通過(guò)比較分析國(guó)內(nèi)廣泛使用的兩本教材中的化學(xué)勢(shì)符號(hào)，歸納提出了一套關(guān)于化學(xué)勢(shì)符號(hào)的系統(tǒng)規(guī)定。按照這套符號(hào)規(guī)定，每一個(gè)化學(xué)勢(shì)都有唯一確定的形式，而且與體系有直觀明確的對(duì)應(yīng)關(guān)系，讓人一看符號(hào)便能認(rèn)出是什么體系的化學(xué)勢(shì)或是什么樣的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，有助于學(xué)生對(duì)這部分內(nèi)容更好的理解和掌握。

化學(xué)勢(shì)；符號(hào)；規(guī)定

物理化學(xué)是化學(xué)、化工、材料等相關(guān)專(zhuān)業(yè)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程。其主要內(nèi)容為基本概念、普遍性原理和基本方法。其中基本概念是整個(gè)知識(shí)體系的基礎(chǔ)，對(duì)于概念的認(rèn)識(shí)和理解程度，關(guān)系到對(duì)原理、方法的理解、掌握以及運(yùn)用。基本概念中有很大一部分是可以用物理量表示的，如內(nèi)能、熵、化學(xué)勢(shì)、表面張力等，它們都有相應(yīng)的數(shù)學(xué)符號(hào)。符號(hào)與物理量應(yīng)該有直觀、明確的對(duì)應(yīng)關(guān)系，才有助于學(xué)生對(duì)概念的理解和應(yīng)用，不致產(chǎn)生認(rèn)識(shí)錯(cuò)誤和混亂。現(xiàn)行《物理化學(xué)》教材中對(duì)于化學(xué)勢(shì)符號(hào)的規(guī)定不夠統(tǒng)一，不同教材有不同的符號(hào)寫(xiě)法，稍欠系統(tǒng)性。學(xué)生在學(xué)習(xí)這一部分時(shí)普遍感覺(jué)混亂，難以掌握。進(jìn)而會(huì)影響到對(duì)稀溶液依數(shù)性、相平衡和化學(xué)平衡條件、亞穩(wěn)狀態(tài)等許多重要內(nèi)容的理解。所以有必要對(duì)化學(xué)勢(shì)符號(hào)作一個(gè)系統(tǒng)的規(guī)定，讓人能夠望“符”生義，從而降低學(xué)習(xí)難度。

1　現(xiàn)行教材中的化學(xué)勢(shì)符號(hào)

化學(xué)勢(shì)對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)是一個(gè)全新的概念，抽象、不易理解。它的符號(hào)是希臘字母小寫(xiě)μ，多組分體系中某一組分B的化學(xué)勢(shì)記作μB，符號(hào)與物理量的對(duì)應(yīng)關(guān)系還是較為明晰的。但是在不同體系的化學(xué)勢(shì)表達(dá)式中，這種對(duì)應(yīng)關(guān)系就沒(méi)有這么明確了。現(xiàn)以國(guó)內(nèi)廣泛使用的兩本教材[1-2]為例來(lái)作說(shuō)明(其它教材大同小異[3-6])。

教材[1]中理想氣體化學(xué)勢(shì)表達(dá)式為：

(1)

式中：μθ(T,pθ)——?dú)怏w的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)化學(xué)勢(shì)，也可以簡(jiǎn)寫(xiě)為μθ(T)

理想氣體混合物中任一組分B的化學(xué)勢(shì)表達(dá)式為：

(2)

理想液態(tài)混合物中任一組分的化學(xué)勢(shì)表達(dá)式為：

(3)

理想稀溶液中溶質(zhì)B的化學(xué)勢(shì)表達(dá)式為：

(4)

教材[2]中這4種化學(xué)勢(shì)表達(dá)式分別為:

(5)

(6)

(7)

(8)

其中標(biāo)準(zhǔn)態(tài)化學(xué)勢(shì)符號(hào)對(duì)應(yīng)的物理意義同上。

要對(duì)化學(xué)勢(shì)符號(hào)做一個(gè)系統(tǒng)的規(guī)定，就要先來(lái)看一下現(xiàn)行教材中是怎樣表示的。教材中的化學(xué)勢(shì)都是用符號(hào)μ表示的，主要靠上下標(biāo)和括號(hào)里的標(biāo)識(shí)來(lái)區(qū)分不同化學(xué)勢(shì)。歸納起來(lái)，主要有下面幾種符號(hào)標(biāo)識(shí)。

(1) 上標(biāo)。主要有θ和*兩種。前者當(dāng)然是標(biāo)準(zhǔn)態(tài)符號(hào)。后者表示純物質(zhì)的化學(xué)勢(shì)，一般主要用于表示純液體(或固體)，純氣體不用。

2　化學(xué)勢(shì)符號(hào)的系統(tǒng)規(guī)定

根據(jù)以上表示法，結(jié)合教學(xué)過(guò)程的一些經(jīng)驗(yàn)體會(huì)，筆者提出如下的化學(xué)勢(shì)符號(hào)規(guī)定。

(1) 上標(biāo)。與各教材中一致，用θ和*，分別代表標(biāo)準(zhǔn)態(tài)和純液體(或固體)。

(3) 括號(hào)里的標(biāo)識(shí)。嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，體系+變量的表示法最為全面和準(zhǔn)確，但是太冗長(zhǎng)了，不便于書(shū)寫(xiě)和記憶，所以二者取其一。至于取哪個(gè)更好，筆者傾向于體系。因?yàn)榛瘜W(xué)勢(shì)的變量就是T和p，無(wú)論哪種體系都一樣。而通常說(shuō)“理想液態(tài)混合物中某一組分B的化學(xué)勢(shì)”，這里包含三個(gè)要素:①理想液態(tài)混合物，即體系；②某一組分B；③化學(xué)勢(shì)。用符號(hào)表示的話，應(yīng)該把這三個(gè)要素都表示出來(lái)，這樣才能夠把符號(hào)和物理量明確對(duì)應(yīng)起來(lái)。用變量這種標(biāo)記顯然無(wú)助于這種對(duì)應(yīng)。用體系標(biāo)記時(shí)一定注意不同體系要用不同符號(hào)區(qū)分，如式(3)和式(7)中的μB(l)，用“(l)”代表理想液態(tài)混合物，或者代表液態(tài)組分B，都不確切，與純液體的符號(hào)無(wú)法區(qū)分，顯示不出是理想液態(tài)混合物。按照上面的規(guī)定，可以用符號(hào)μB(l,mix)來(lái)表示。這樣，“(l,mix)”代表體系，下標(biāo)“B”代表組分，μ代表化學(xué)勢(shì)，三個(gè)要素都包含了，讓人一看符號(hào)便能說(shuō)出是“理想液態(tài)混合物中某一組分B的化學(xué)勢(shì)”這一物理量，既直觀，又便于理解和記憶。

按照以上提出的規(guī)定，可以將式(1)～(4)寫(xiě)作以下的形式：

(9)

(10)

μB(l,mix)=μθ(B,l)+RTlnxB

(11)

(12)

這樣，等號(hào)左邊每一個(gè)化學(xué)勢(shì)符號(hào)就能與體系直觀對(duì)應(yīng)；等號(hào)右邊標(biāo)準(zhǔn)態(tài)化學(xué)勢(shì)的物理意義也能明顯看出，如式(9)中的μθ(g)和式(10)中的μθ(B,g)，不帶下標(biāo)，都是純理想氣體的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)化學(xué)勢(shì)，式(11)中的μθ(B,l)是純液體B的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)化學(xué)勢(shì)。如果嚴(yán)格按照這套規(guī)定，出現(xiàn)在公式中的每一個(gè)化學(xué)勢(shì)符號(hào)都有其明確的物理意義，學(xué)生學(xué)起來(lái)也就不會(huì)那么容易混淆和迷惑了。

3　結(jié)　語(yǔ)

總之，符號(hào)問(wèn)題在物理化學(xué)中雖然看上去是個(gè)小問(wèn)題，但它實(shí)際上是很基礎(chǔ)的、不容輕忽的一個(gè)方面，學(xué)生對(duì)于很多概念、公式的理解錯(cuò)誤或者混亂實(shí)際上都源于對(duì)符號(hào)的不認(rèn)識(shí)、不熟悉，這一點(diǎn)在化學(xué)勢(shì)表達(dá)式這部分內(nèi)容中有明顯的體現(xiàn)。教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)注意規(guī)范書(shū)寫(xiě)符號(hào)，不能太隨意，以免給學(xué)生理解帶來(lái)困惑；學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中也應(yīng)著重注意符號(hào)與物理量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這樣才有助于對(duì)概念、公式的理解和記憶。

[1]傅獻(xiàn)彩,沈文霞,姚天揚(yáng).物理化學(xué).5版:上冊(cè)[M].北京:高等教育出版社,2005: 217-233.

[2]天津大學(xué)物理化學(xué)教研室編.物理化學(xué).5版:上冊(cè)[M].北京:高等教育出版社,2009: 160-177.

[3]天津大學(xué)物理化學(xué)教研室編.物理化學(xué).簡(jiǎn)明版[M].北京:高等教育出版社,2010: 125-142.

[4]程蘭征,章燕豪.物理化學(xué).3版[M].上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社,2008:126-129.

[5]邵謙,陳偉,楊靜.物理化學(xué)簡(jiǎn)明教程.2版[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2015: 89-101.

[6]印永嘉,奚正楷,張樹(shù)永.物理化學(xué)簡(jiǎn)明教程.4版[M].北京:高等教育出版社,2007: 93-100.

Systematic Convention of Chemical Potential Symbols inPhysicalChemistry*

SUNHai-qing

(College of Materials Science and Engineering, Shandong University of Science and Technology, Shandong Qingdao 266590, China)

The chemical potential symbols are not uniform in physical chemistry textbooks. Thus students often feel difficult and confused when they learn the mathematical expressions for chemical potential of various systems. A new systematic convention of chemical potential symbols was proposed after a comparative study of two widely used textbooks. According to this convention, every chemical potential had a definite form corresponding to a certain system, will help the students to understand chemical potential and the mathematical expressions.

chemical potential; symbol; stipulation

山東科技大學(xué)教育教學(xué)研究“群星計(jì)劃”項(xiàng)目(No：gx2013246)。

孫海清(1977-)，男，博士，副教授，主要從事光電功能材料研究。

O645.1

A

1001-9677(2016)012-0218-02