《物理化學》中化學勢符號的系統規定*

孫海清

(山東科技大學材料科學與工程學院，山東　青島　266590)

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《物理化學》中化學勢符號的系統規定*

孫海清

(山東科技大學材料科學與工程學院，山東青島266590)

現行物理化學教材中的化學勢符號形式上不夠統一，學生在學習各種體系的化學勢表達式這一部分時感覺非常困惑和困難。本文通過比較分析國內廣泛使用的兩本教材中的化學勢符號，歸納提出了一套關于化學勢符號的系統規定。按照這套符號規定，每一個化學勢都有唯一確定的形式，而且與體系有直觀明確的對應關系，讓人一看符號便能認出是什么體系的化學勢或是什么樣的標準態，有助于學生對這部分內容更好的理解和掌握。

化學勢；符號；規定

物理化學是化學、化工、材料等相關專業重要的專業基礎課程。其主要內容為基本概念、普遍性原理和基本方法。其中基本概念是整個知識體系的基礎，對于概念的認識和理解程度，關系到對原理、方法的理解、掌握以及運用。基本概念中有很大一部分是可以用物理量表示的，如內能、熵、化學勢、表面張力等，它們都有相應的數學符號。符號與物理量應該有直觀、明確的對應關系，才有助于學生對概念的理解和應用，不致產生認識錯誤和混亂。現行《物理化學》教材中對于化學勢符號的規定不夠統一，不同教材有不同的符號寫法，稍欠系統性。學生在學習這一部分時普遍感覺混亂，難以掌握。進而會影響到對稀溶液依數性、相平衡和化學平衡條件、亞穩狀態等許多重要內容的理解。所以有必要對化學勢符號作一個系統的規定，讓人能夠望“符”生義，從而降低學習難度。

1　現行教材中的化學勢符號

化學勢對于學生來說是一個全新的概念，抽象、不易理解。它的符號是希臘字母小寫μ，多組分體系中某一組分B的化學勢記作μB，符號與物理量的對應關系還是較為明晰的。但是在不同體系的化學勢表達式中，這種對應關系就沒有這么明確了。現以國內廣泛使用的兩本教材[1-2]為例來作說明(其它教材大同小異[3-6])。

教材[1]中理想氣體化學勢表達式為：

(1)

式中：μθ(T,pθ)——氣體的標準態化學勢，也可以簡寫為μθ(T)

理想氣體混合物中任一組分B的化學勢表達式為：

(2)

理想液態混合物中任一組分的化學勢表達式為：

(3)

理想稀溶液中溶質B的化學勢表達式為：

(4)

教材[2]中這4種化學勢表達式分別為:

(5)

(6)

(7)

(8)

其中標準態化學勢符號對應的物理意義同上。

要對化學勢符號做一個系統的規定，就要先來看一下現行教材中是怎樣表示的。教材中的化學勢都是用符號μ表示的，主要靠上下標和括號里的標識來區分不同化學勢。歸納起來，主要有下面幾種符號標識。

(1) 上標。主要有θ和*兩種。前者當然是標準態符號。后者表示純物質的化學勢，一般主要用于表示純液體(或固體)，純氣體不用。

2　化學勢符號的系統規定

根據以上表示法，結合教學過程的一些經驗體會，筆者提出如下的化學勢符號規定。

(1) 上標。與各教材中一致，用θ和*，分別代表標準態和純液體(或固體)。

(3) 括號里的標識。嚴格說來，體系+變量的表示法最為全面和準確，但是太冗長了，不便于書寫和記憶，所以二者取其一。至于取哪個更好，筆者傾向于體系。因為化學勢的變量就是T和p，無論哪種體系都一樣。而通常說“理想液態混合物中某一組分B的化學勢”，這里包含三個要素:①理想液態混合物，即體系；②某一組分B；③化學勢。用符號表示的話，應該把這三個要素都表示出來，這樣才能夠把符號和物理量明確對應起來。用變量這種標記顯然無助于這種對應。用體系標記時一定注意不同體系要用不同符號區分，如式(3)和式(7)中的μB(l)，用“(l)”代表理想液態混合物，或者代表液態組分B，都不確切，與純液體的符號無法區分，顯示不出是理想液態混合物。按照上面的規定，可以用符號μB(l,mix)來表示。這樣，“(l,mix)”代表體系，下標“B”代表組分，μ代表化學勢，三個要素都包含了，讓人一看符號便能說出是“理想液態混合物中某一組分B的化學勢”這一物理量，既直觀，又便于理解和記憶。

按照以上提出的規定，可以將式(1)～(4)寫作以下的形式：

(9)

(10)

μB(l,mix)=μθ(B,l)+RTlnxB

(11)

(12)

這樣，等號左邊每一個化學勢符號就能與體系直觀對應；等號右邊標準態化學勢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，都是純理想氣體的標準態化學勢，式(11)中的μθ(B,l)是純液體B的標準態化學勢。如果嚴格按照這套規定，出現在公式中的每一個化學勢符號都有其明確的物理意義，學生學起來也就不會那么容易混淆和迷惑了。

3　結　語

總之，符號問題在物理化學中雖然看上去是個小問題，但它實際上是很基礎的、不容輕忽的一個方面，學生對于很多概念、公式的理解錯誤或者混亂實際上都源于對符號的不認識、不熟悉，這一點在化學勢表達式這部分內容中有明顯的體現。教師在教學過程中應注意規范書寫符號，不能太隨意，以免給學生理解帶來困惑；學生在學習過程中也應著重注意符號與物理量的對應關系，這樣才有助于對概念、公式的理解和記憶。

[1]傅獻彩,沈文霞,姚天揚.物理化學.5版:上冊[M].北京:高等教育出版社,2005: 217-233.

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

[3]天津大學物理化學教研室編.物理化學.簡明版[M].北京:高等教育出版社,2010: 125-142.

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

[5]邵謙,陳偉,楊靜.物理化學簡明教程.2版[M].北京:化學工業出版社,2015: 89-101.

[6]印永嘉,奚正楷,張樹永.物理化學簡明教程.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

山東科技大學教育教學研究“群星計劃”項目(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