如何用高中生能明白的语言讲解?谢啦。


谢邀。

打一个比方,一个水库。水库里的水会自然地向低处流动,但是现在我们有一个大坝拦著它。「水会自发地向低处流动」就是热力学性质;「大坝」就是动力学障碍。如果大坝很低,低于水面,当然水就会毫无阻碍地流下去;如果大坝的高度与水面相差不多,水在波动的时候就会有一些漫过大坝而流下去;如果大坝很高,一般情况下水就流不过去,需要我们创造一些条件,例如在大坝上打一个洞(使用催化剂),或者使劲搅动水面,让水的波动更加强烈(提高反应温度)。

水面的高度,在热力学中就是自由能;大坝的高度,在动力学中就是活化能。


热力学(或能量学)考虑的是平衡态下的状态分布,它的核心物理量是自由能(能量)差值。

而动力学考虑的是达到平衡态之前的演变过程和速率,其核心物理量是自由能(能量)势垒。

假设反应过程中的能垒变化如上图所示,体系中只存在两个稳定状态,对应[公式][公式] 两个能级。

[公式] 这个过程中,能量并不是单调的下降,而是要先提高 [公式] ,跨过能垒后然后才能下降。这个反应发生的动力学速率:

[公式]

在一定温度下,反应的动力学速率由反应物浓度 [公式] 和能垒[公式]决定,与 [公式] 这个差值无关

但如果有无穷的时间的话,无论反应速率多小,体系最终都会达到平衡态。平衡态下,[公式][公式] 过程的速率相等,即:

[公式]

此时的状态分布

[公式]

所以体系的平衡浓度由 [公式] 这个差值决定,与能垒无关

所以,当 [公式] 时,反应是能够进行的。但同时 [公式] 这个能垒如果很高的话,反应进行的会很慢,在有限时间内可以认为不发生。


热力学保证的是无穷长时间之后会发生的事。怎么发生不保证。

动力学研究的就是到底多久能发生。比如说金刚石不稳定,无穷长时间之后必然要变成石墨一类的东西。但是大家结婚还是会去买钻戒。广告里也标榜:钻石恒久远,一颗永流传。这个广告词从热力学上来说是要向全国人民谢罪的。(热力学保证了让一个人少交智商税!在此郑重推荐王竹溪的《热力学》!)

《热力学(第二版)》 王竹溪【摘要 书评 试读】图书?

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至于动力学问题,推荐一本好书:

《Tutorials in Molecular Reaction Dynamics》 Mark Brouard, Claire Vallance【摘要 书评 试读】图书?

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现在我们来玩一个丢沙包的游戏。游戏场地有两个片区:北京二环内和月球表面。两个片区之间有一道传送门:整个紫禁城和月球上美国国旗下的一抔土之间互有传送通道。

丢沙包游戏规则如下:

一、在北京二环上空和月球上空各有一艘飞船,它们只做两件事:1、向下丢沙包,2、把地上的沙包捡起来下次再丢。初始时刻,所有沙包都在北京上空的飞船上。

二、我们规定:所有丢进传送门区域的沙包会被立即传送到传送门的另一头。从北京上空丢进紫禁城的沙包会被传送到月球上美国国旗下的一抔土上,从月球上空丢到那一抔土上的沙包会被传送到紫禁城。

现在游戏开始,大量的沙包被从北京上空丢下来,其中可能有一部分落入了紫禁城,然后被传送到了月球。两边的飞船分别把地上的沙包捡起来,进行第二次丢沙包......如此重复,最终绝大多数沙包会出现在月球上,并且两边沙包数量之比会趋于稳定,在一个固定值附近上下波动,这就是热力学的自发性,这个客观存在的固定值会让更多的沙包出现在月球上。

但是丢沙包还在继续,维持一个固定的比例可以是每一次都有好几百个沙包穿梭往来,也可能是过了老久才有一个沙包来回穿一次。对于其中的某一个沙包来讲,它出生在北京上空,它一般而言也需要被丢很多次才能丢进紫禁城穿越到月球,这就是动力学障碍;假如现在北京城中传送门区域收缩,收缩到龙椅正上方区域,那么对于北京上空的一个运气平平的沙包而言就需要被丢更多次才能丢进传送门去往月球,但这并不妨碍最重大量沙包所呈现出的在两边数量上的比例。

那么既然对于一个运气平平的沙包,从北京上空被丢进传送门如此困难,那么大量沙包从全部在北京上空到绝大部分被传送到月球上这个过程也是会比较缓慢的,也就是会需要非常非常多次重复实验才能最终让两边的沙包数量比收敛到热力学给出的固定值上,这就是宏观化学反应的动力学障碍。说白了就是,热力学给出的是概率分布,而化学反应过程是独立重复实验结果的频率分布向概率分布靠拢的过程,


我来动人乳酪了~

热力学上来说,钻石的自由能比石墨高,所以什么钻石恒久远,都是骗人的,石墨才是恒久远的。

然而,你见过钻石在自然条件下变石墨的么?


比如我坐姿不正确,调整成正确的坐姿肯定舒服不少;但是我腿麻了,所以动不了,只能保持这种不正确的坐姿。


比如人都是要死的,有的人长寿,有的人早夭,有的人衰老快,有的人显年轻,还有……


热力学因素是指取决于反应物和底物自由能的差值,可以类比处于不同高度的重力势能;

动力学因素是指反应物形成过渡态中间体的过程中需要跨越的能垒,可以类比于运动过程的阻力(比如管道阻力、摩擦力)。

所以,一个化学反应,假如存在两个反应方向,那么就好比是水从中央的水箱经过管路流到两个不同的水池里。最终水在两个水池的分配,既取决于水池的相对高度,也取决于管路的阻力。


比如说

共产主义社会最终实现的趋势为无穷大,但是这个道路非常曲折漫长


简单不准确的来说,反应在热力学上容易发生是ΔG远远小于零。但是反应的活化能可能很高或者说速率常数很小,导致反应在此情况下即使发生也是以在数量级上很小的速度进行。难以观察到。


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