《物理化学》中化学势符号的系统规定*

孙海清

(山东科技大学材料科学与工程学院，山东　青岛　266590)



《物理化学》中化学势符号的系统规定*

孙海清

(山东科技大学材料科学与工程学院，山东青岛266590)

现行物理化学教材中的化学势符号形式上不够统一，学生在学习各种体系的化学势表达式这一部分时感觉非常困惑和困难。本文通过比较分析国内广泛使用的两本教材中的化学势符号，归纳提出了一套关于化学势符号的系统规定。按照这套符号规定，每一个化学势都有唯一确定的形式，而且与体系有直观明确的对应关系，让人一看符号便能认出是什么体系的化学势或是什么样的标准态，有助于学生对这部分内容更好的理解和掌握。

化学势；符号；规定

物理化学是化学、化工、材料等相关专业重要的专业基础课程。其主要内容为基本概念、普遍性原理和基本方法。其中基本概念是整个知识体系的基础，对于概念的认识和理解程度，关系到对原理、方法的理解、掌握以及运用。基本概念中有很大一部分是可以用物理量表示的，如内能、熵、化学势、表面张力等，它们都有相应的数学符号。符号与物理量应该有直观、明确的对应关系，才有助于学生对概念的理解和应用，不致产生认识错误和混乱。现行《物理化学》教材中对于化学势符号的规定不够统一，不同教材有不同的符号写法，稍欠系统性。学生在学习这一部分时普遍感觉混乱，难以掌握。进而会影响到对稀溶液依数性、相平衡和化学平衡条件、亚稳状态等许多重要内容的理解。所以有必要对化学势符号作一个系统的规定，让人能够望“符”生义，从而降低学习难度。

1　现行教材中的化学势符号

化学势对于学生来说是一个全新的概念，抽象、不易理解。它的符号是希腊字母小写μ，多组分体系中某一组分B的化学势记作μB，符号与物理量的对应关系还是较为明晰的。但是在不同体系的化学势表达式中，这种对应关系就没有这么明确了。现以国内广泛使用的两本教材[1-2]为例来作说明(其它教材大同小异[3-6])。

教材[1]中理想气体化学势表达式为：

(1)

式中：μθ(T,pθ)——气体的标准态化学势，也可以简写为μθ(T)

理想气体混合物中任一组分B的化学势表达式为：

(2)

理想液态混合物中任一组分的化学势表达式为：

(3)

理想稀溶液中溶质B的化学势表达式为：

(4)

教材[2]中这4种化学势表达式分别为:

(5)

(6)

(7)

(8)

其中标准态化学势符号对应的物理意义同上。

要对化学势符号做一个系统的规定，就要先来看一下现行教材中是怎样表示的。教材中的化学势都是用符号μ表示的，主要靠上下标和括号里的标识来区分不同化学势。归纳起来，主要有下面几种符号标识。

(1) 上标。主要有θ和*两种。前者当然是标准态符号。后者表示纯物质的化学势，一般主要用于表示纯液体(或固体)，纯气体不用。

2　化学势符号的系统规定

根据以上表示法，结合教学过程的一些经验体会，笔者提出如下的化学势符号规定。

(1) 上标。与各教材中一致，用θ和*，分别代表标准态和纯液体(或固体)。

(3) 括号里的标识。严格说来，体系+变量的表示法最为全面和准确，但是太冗长了，不便于书写和记忆，所以二者取其一。至于取哪个更好，笔者倾向于体系。因为化学势的变量就是T和p，无论哪种体系都一样。而通常说“理想液态混合物中某一组分B的化学势”，这里包含三个要素:①理想液态混合物，即体系；②某一组分B；③化学势。用符号表示的话，应该把这三个要素都表示出来，这样才能够把符号和物理量明确对应起来。用变量这种标记显然无助于这种对应。用体系标记时一定注意不同体系要用不同符号区分，如式(3)和式(7)中的μB(l)，用“(l)”代表理想液态混合物，或者代表液态组分B，都不确切，与纯液体的符号无法区分，显示不出是理想液态混合物。按照上面的规定，可以用符号μB(l,mix)来表示。这样，“(l,mix)”代表体系，下标“B”代表组分，μ代表化学势，三个要素都包含了，让人一看符号便能说出是“理想液态混合物中某一组分B的化学势”这一物理量，既直观，又便于理解和记忆。

按照以上提出的规定，可以将式(1)～(4)写作以下的形式：

(9)

(10)

μB(l,mix)=μθ(B,l)+RTlnxB

(11)

(12)

这样，等号左边每一个化学势符号就能与体系直观对应；等号右边标准态化学势的物理意义也能明显看出，如式(9)中的μθ(g)和式(10)中的μθ(B,g)，不带下标，都是纯理想气体的标准态化学势，式(11)中的μθ(B,l)是纯液体B的标准态化学势。如果严格按照这套规定，出现在公式中的每一个化学势符号都有其明确的物理意义，学生学起来也就不会那么容易混淆和迷惑了。

3　结　语

总之，符号问题在物理化学中虽然看上去是个小问题，但它实际上是很基础的、不容轻忽的一个方面，学生对于很多概念、公式的理解错误或者混乱实际上都源于对符号的不认识、不熟悉，这一点在化学势表达式这部分内容中有明显的体现。教师在教学过程中应注意规范书写符号，不能太随意，以免给学生理解带来困惑；学生在学习过程中也应着重注意符号与物理量的对应关系，这样才有助于对概念、公式的理解和记忆。

[1]傅献彩,沈文霞,姚天扬.物理化学.5版:上册[M].北京:高等教育出版社,2005: 217-233.

[2]天津大学物理化学教研室编.物理化学.5版:上册[M].北京:高等教育出版社,2009: 160-177.

[3]天津大学物理化学教研室编.物理化学.简明版[M].北京:高等教育出版社,2010: 125-142.

[4]程兰征,章燕豪.物理化学.3版[M].上海:上海科学技术出版社,2008:126-129.

[5]邵谦,陈伟,杨静.物理化学简明教程.2版[M].北京:化学工业出版社,2015: 89-101.

[6]印永嘉,奚正楷,张树永.物理化学简明教程.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

山东科技大学教育教学研究“群星计划”项目(No：gx2013246)。

孙海清(1977-)，男，博士，副教授，主要从事光电功能材料研究。

O645.1

A

1001-9677(2016)012-0218-02