基礎與物理化學是什麼

熱力學平衡

把一杯熱咖啡留在桌上,幾小時後回來:它已經沉降到室溫,並停留在那裡。似乎再沒有什麼發生——不再繼續變涼,也不會自發重新變熱。這杯咖啡達到了熱力學平衡,那是系統會漂入、隨後保持、不再有任何淨變化的安歇狀態。

更確切地說,當一個系統的大尺度性質——溫度、壓強、組成——都均勻且不再隨時間改變,並且它與環境之間不會淨交換任何熱、功或物質時,它就處於熱力學平衡。它一次同時滿足幾重平衡:熱的(沒有溫差)、力學的(沒有不平衡的壓強)、化學的(沒有淨反應或淨流動)。所有的驅動力都已耗減為零。

平衡之所以重要,是因為它正是熱力學被建造來描述的目的地;它那些整潔的方程式,多半嚴格說來只在平衡時成立。誠實的微妙之處是:平衡在微觀層面並不等於靜止。在這份平靜之下,粒子仍在四處疾奔,反應仍在正向和逆向滴答推進——它們只是相互抵消,因此在我們所觀察的尺度上沒有任何改變。

一瓶靜置的氣泡水看上去安定了,可在底下,二氧化碳分子正以恰好相等的速率離開液體又重新溶回——一種動態平衡,使溶解的量保持穩定。

外表平靜,內裡卻忙碌不息而又彼此平衡。

平衡不等於穩態。穩態之所以能保持恆定,往往是因為有物質或能量持續流過它;真正的平衡不需要這種流動,即使把系統完全封死也會維持下去。

又稱
equilibrium state热平衡态熱力學平衡態