地球化学中的热力学PDF电子书下载

目录 1

一、化学平衡与元素的行为：预备知识 1

第一章　绪论 1

二、热力学的研究对象与方法 6

三、地球化学与热力学 8

四、常用数学方法与化学惯例 11

1．偏微分 11

2．全微分 12

3．克分子、克分子数 13

4．克分子浓度与克分子分数 13

第二章　热力学第一定律与热化学 15

一、过程与功 15

二、热力学第一定律 16

三、焓与热容 18

1．焓 18

2．热容 19

四、热效应 20

1．恒温过程中的热效应 20

2．热化学反应式 21

3．赫斯定律 21

五、标准生成热与标准反应热 23

1．标准状态 23

2．标准生成热与标准反应热 24

六、其它温度下的反应热 25

1．反应热与温度的关系——基尔霍夫方程 25

2．从热容的经验公式出发计算△H？ 26

3．从表列（H？-H？8）值或△H？T值计算△H？ 27

第三章　热力学第二定律 29

一、第二定律的经典陈述 29

二、熵与第二定律 29

1．熵 30

2．熵增加原理 30

3．热动平衡的熵判据 31

4．一般情况下的熵变 31

5．封闭体系中的基本方程 32

三、恒温过程，功函与自由能 32

1．功函与最大功 32

2．自由能与最大有用功 33

3．恒温过程平衡与演化的判据 34

四、均匀体系的热力学关系及其应用 34

1．均匀体系的热力学关系 34

2．U、H、S、F、G对于T、P、V的依赖性 36

3．吉布斯-亥姆霍兹（Gibbs-Helmholtz）方程 37

第四章　化学势，逸度与活度 39

一、恒温恒压体系中化学成分变化对态函数的影响 39

1．偏克分子数量 39

2．偏克分子数量的一个重要性质：吉布斯-杜亥姆关系 40

3．偏克分子数量的求值 41

二、化学势 43

1．化学势 43

2．多元体系的热力学关系 44

3．化学势的意义及若干关系 45

三、热动平衡条件 45

1．热平衡条件 46

2．力学平衡条件 46

3．相平衡条件 46

4．化学平衡条件 47

5．多元复相系的热动平衡条件 47

四、理想气体与实际气体，逸度 48

1．理想气体的化学势 48

2．理想混合气体的化学势 49

3．实际气体和实际混合气体的化学势与逸度 51

4．计算逸度的方法 53

1．拉乌尔定律 55

五、理想溶液与实际溶液，活度 55

2．理想溶液的化学势与活度 56

3．关于标准状态的另一种规定 57

4．理想溶液的若干性质 58

5．稀溶液：亨利定律、拉乌尔定律、与分配定律 59

6．非电解质溶液的化学势与活度 61

7．压力对活度的影响 66

8．电解质水溶液中溶质的化学势与活度 69

9．电解质水溶液中水的活度 71

六、关于逸度与活度的小结 73

一、热力学平衡常数与自由能变化 77

第五章 自由能与化学平衡 77

二、标准生成自由能与标准反应自由能 78

3．有气体参加的反应 79

2．包括固体与纯水的反应 79

1．仅包括固体的反应 79

4．在水溶液中发生的反应 80

三、自由能与氧化电势 80

1．电极电势 81

2．氢标与标准电极电势 81

3．自由能与氧化电势 82

4．环境的氧化电势 83

第六章　温度与压力变化对平衡的影响 86

1．对于温度的推断 86

一、地质作用中温度与压力的推断 86

2．对于压力的推断 87

二、温度变化对化学平衡的影响 88

1．范特荷夫方程 88

2．范特荷夫方程的积分 89

3．在特定温度下的标准反应自由能 91

三、标准熵与平衡计算 92

1．绝对熵 92

2．标准熵与标准反应熵 92

3．任意指定温度下标准反应自由能的计算 93

4．矿物克原子热容的恒定性与高温下固体反应自由能的计算 97

四、自由能函数与△G？，T 98

五、压力变化对化学平衡的影响 101

1．温度与压力对反应体积变化的影响 101

2．压力变化对反应自由能的影响 102

3．平衡常数随压力的变化 104

4．岩石压力与流体压力的分别考查 104

六、作为温度与压力函数的自由能 104

1．任意指定温度与压力下反应自由能的计算 104

2．克拉珀龙方程 106

七、多形转变 107

八、共存相间微量元素的分配 111

第七章　相律与相图 116

一、相律 116

1．相 116

2．独立组元 116

3．自由度 117

4．吉布斯相律 117

二、矿物相律 118

1．戈尔德施密特相律 118

2．柯尔仁斯基相律 119

三、二元系的相图 120

1．简单低共结 121

2．同成分熔融 122

3．异成分熔融 123

5．具最低熔点的固体溶液 124

4．完全互溶的固体溶液 124

四、三元系的相图 125

1．等边三角形图解 125

2．三元低共结；冷却过程中各相比率的确定与分界线的性质 126

3．同成分熔融；共存线与共存三角形 130

4．能形成一种异成分熔融二元化合物的三元系；“不变点”的性质 132

5．能形成一种二元完全固体溶液的三元系 137

第八章 逸度图解与Eh-pH图解 139

一、逸度图解 139

1．仅一种气体参加的固—气反应 141

2．有两种气体参加的固—气反应 143

3．有三种气体参加的固—气反应 146

4．两种以上金属化合物的逸度图解 147

5．高温下的逸度图解 148

1．基本关系 149

二、Eh-pH图解的基本结构与水的稳定场 149

2．纯水的稳定场 150

3．天然水的Eh-pH极限 151

三、在Eh-pH图解中，固体矿物的稳定场以及与固相平衡之溶解类型的优 153

势场 153

1．Fe-H2O体系中固体矿物的稳定场 153

2．与固相平衡的溶解类型的优势场 156

四、关于图解应用中的若干问题 160

1．图解的应用与限制 160

2．关于溶解类型的优势场 161

3．溶解度与活度 161

4．各类图解的适用范围与综合运用 162

第九章 天然水中的化学平衡 164

一、天然水中的化学反应 164

1．水的电离 164

2．大气中有关气体的溶解 164

3．岩石圈中的矿物与天然水之间的反应 165

二、溶解度与活度 170

1．离子强度 171

三、单独离子活度系数的逼近 171

2．德拜-许克耳方程 172

3．平均盐法 173

四、控制地表淡水pH的主要因素 175

1．雨水 176

2．河流与淡水湖 177

1．方解石在地表淡水中的溶解度 178

五、天然淡水中的碳酸盐平衡 178

2．石灰岩地区的地下水 180

六、固体溶液及其对碳酸盐平衡的影响 181

1．关于固体溶液概念的讨论 181

2．理想溶液与正规溶液 182

3．微量固体溶液混入物对矿物活度的影响 183

七、海水中的化学平衡 184

1．离子缔合及有关平衡关系 184

2．海水中的化学平衡 186

3．控制海水pH的主要因素 188

第十章　铁在外生作用中的行为 190

一、铁矿物关系的Eh-pH图解 190

1．在定PCO2的开放体系中CO2对Fe-H2O体系的影响 191

2．在封闭体系中CO2对Fe-H2O体系的影响 192

3．硫对于Fe-H2O体系的影响 194

4．小结 199

二、铁在风化作用中的行为 200

2．平衡关系的计算 203

1．概述 203

三、铁的沉积环境与成岩环境 203

4．对应于海洋沉积环境与成岩环境的稳定性图解 205

3．在海水与海洋沉积物微孔水中，对有关化学变量的实测结果 205

5．讨论 208

2．地质历史中沉积环境的变迁 209

1．前寒武纪铁建造中的沉积相，沉积环境的类比 209

四、铁的沉积环境在地质历史中的变迁 209

一、金属呈简单离子或分子在热液中转移的可能性——否定的答案 211

第十一章　热水溶液中的化学平衡 211

二、金属化合物在气相中转移的可能性——有限的作用 213

1．岩浆气体成分的估算 214

2．金属化合物浓度的计算 216

3．讨论 217

三、成矿热液的物理化学性质 218

1．温度与压力 219

2．成分 220

3．酸碱性 220

四、矿物相关系与成矿热液的性质 221

4．矿物生成的顺序 221

1．概述 222

2．Fe-S体系；黄铁矿与磁黄铁矿 223

3．Fe-Zn-S体系；闪锌矿 226

五、从地质观察与热力学计算的结合去推断成矿环境 233

1．从常见矿物集合体出发逼近成矿环境 233

2．围绕闪锌矿的共生关系圈定成矿环境 237

六、金属在热液中转移形式的可能答案——络合物转移的假说 239

1．应运而生的络合物假说 239

2．氯化物络合物 241

3．硫氢化物络合物 243

4．热水溶液平衡中的几个关键问题 244

Ⅰ．本书所采用的主要符号 247

附录 247

Ⅱ．常数与换算系数 249

Ⅲ．基本热力学数据的主要来源 249

Ⅳ．某些物质在水中的溶解度 251

Ⅴ．作为温度与压力函数的水逸度 260

Ⅵ．不同温度下纯水的饱和蒸气压 261

Ⅶ．某些反应在25℃时的标准氧化电势 262

Ⅷ．在25℃与一个大气压下，某些物质的△H？、s0与△G？值 264

Ⅸ．某些矿物的密度与克分子体积 290

Ⅹ．水及某些酸与碱的电离常数 292

参考文献 299