理论教育 Gibbs的重要贡献:探究热力学的关键角色

Gibbs的重要贡献:探究热力学的关键角色

时间:2023-06-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:在1876—1878年间,Gibbs主要从事热力学研究。在这篇文章中,他提出了相律及后来的Gibbs自由能等理论。法国化学家Henry Louis Le Chtelier认为Gibbs的这个贡献可以和Antoine-Laurent de Lavoisier在化学领域建立的功勋媲美。今天,Gibbs的热力学理论已是物理化学的一个重要组成部分。因此,能理解Gibbs理论的人并不多。Gibbs的另一重要工作是有关统计力学的研究。

Gibbs的重要贡献:探究热力学的关键角色

与Sorby同时代的Josiah Willard Gibbs(1839—1903年)是到目前为止最伟大的美国土著印第安科学家。他是一位学机械出身的工程师,而且终身从事铁轨车刹车和齿轮齿形的设计。从事热力学研究不是他的本职工作。但他的这个业余研究却彻底改变了物理化学和冶金学。在1876—1878年间,Gibbs主要从事热力学研究。化学势(chemical potential)的概念也是在这段时间提出的。其间,他发表了最主要的工作之一——《论多相物质的平衡》。在这篇文章中,他提出了相律及后来的Gibbs自由能等理论。该文的发表是化学史上一件十分重大的事件。它奠定了化学热力学基础,是一篇盖世之作。法国化学家Henry Louis Le Châtelier(1850—1936年)认为Gibbs的这个贡献可以和Antoine-Laurent de Lavoisier(1743—1794年)在化学领域建立的功勋媲美。今天,Gibbs的热力学理论已是物理化学的一个重要组成部分。我们在本章将学习其中相平衡最基础的内容。

然而,Gibbs的这篇文章发表后并未立即被人们所理解:一是因为它发表在一份小杂志上,在一般图书馆很难找到;二是有人认为它太浓缩了;最后一点也是最主要的一个原因是该文有着严密的数学形式和严谨的逻辑推理。当时的许多化学家缺乏数学知识,连文章中比较简单的部分也读不懂。而数学家又认为它涉及太多的化学。因此,能理解Gibbs理论的人并不多。这些为数不多的人有:将电、磁和光统一为电磁场的James Clerk Maxwell(1831—1879年)、物理化学的奠基人Friedrich Wilhelm Ostwald(1853—1932年)、前文提到的Le Châtelier等。Gibbs在其文章中阐述过的一些自然规律,后来又被其他学者在实验中所发现,比如1882年Hermann von Helmholtz(1821—1894年)建立的Gibbs-Helmholtz方程、1886年Pierre Duhem(1861—1916年)建立的Gibbs-Duhem方程和1887年van't Hoff(1852—1911年)发现的渗透压定律。(www.daowen.com)

Gibbs的另一重要工作是有关统计力学的研究。他在逝世前一年(1902年)出版了著名的《统计力学的基本原理》一书。该书把Boltzmann和Maxwell创立的统计理论推广和发展成为系综理论,从而创立了近代热物理学的统计理论及其研究方法。

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