論物理化學(xué)在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用

編制僅供參考審核批準(zhǔn)生效日期地址：電話：傳真:郵編:論物理化學(xué)在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用摘要：物理化學(xué)是從事環(huán)境工作的必備學(xué)科，環(huán)境工程廣泛的應(yīng)用到物理化學(xué)中的知識，本文主要介紹了物理化學(xué)在環(huán)境工程中的一些應(yīng)用。關(guān)鍵詞：物理化學(xué)，環(huán)境工程。

環(huán)境科學(xué)是研究和從事防治環(huán)境污染和提高環(huán)境質(zhì)量的科學(xué)技術(shù)，是一門由多學(xué)科到跨學(xué)科的龐大科學(xué)體系組成的新興邊緣學(xué)科，它與自然科學(xué)、社會科學(xué)和技術(shù)科學(xué)相結(jié)合，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)向深度廣度進(jìn)軍的標(biāo)志,是人類認(rèn)識和改造自然進(jìn)一步深化的表現(xiàn)。物理化學(xué)是從物質(zhì)的物理變化和化學(xué)變化入手，并運(yùn)用物理學(xué)的理論和試驗方法來探求化學(xué)變化基本規(guī)律的一門學(xué)科。物理化學(xué)是現(xiàn)代化學(xué)的基石，它是其他化學(xué)分支學(xué)科和相關(guān)學(xué)科的理論基礎(chǔ)和實驗研究的依據(jù)。物理化學(xué)是學(xué)習(xí)化學(xué)、化工、環(huán)境、生物、材料等專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程。對環(huán)境工程專業(yè)的學(xué)生來說物理化學(xué)是一門重要的基礎(chǔ)課程，是繼無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)之后的一門理論化學(xué)課程，

同時又為后繼課程如環(huán)境生態(tài)學(xué)、大氣污染控制等的學(xué)習(xí)提供方法和理論指導(dǎo)，在基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程之間起著承上啟的紐帶作用。我們所學(xué)的《物理化學(xué)核心教程》有以下章節(jié)，現(xiàn)分別對其分析：前三章主要講了氣體方面的研究，主要有熱力學(xué)基本概念：狀態(tài)函數(shù)、內(nèi)能（熱力學(xué)能）、熱、功、熱力學(xué)第一定律。恒容熱、恒壓熱、焓、熱容、相變焓、標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓及其計算?？赡孢^程與可逆體積功的計算。在普通物理課程中已講過的卡諾循環(huán)和卡諾定理的基礎(chǔ)上引出熵函變。掌握熵變的計算。熱力學(xué)第三定律及化學(xué)反應(yīng)熵變的計算。亥姆霍茲函數(shù)及吉布斯函數(shù)、熱力學(xué)基本方程，麥克斯韋關(guān)系式。這方面在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用主要有：污染氣體的治理，污染氣體的檢測，煙氣處理等等。在處理污染氣體時，學(xué)完物理化學(xué)我們可以知道大概需要多少熱量，需要何種催化劑，還可以知道其中的反應(yīng)機(jī)理。還有比如垃圾的燃燒，學(xué)完物理化學(xué)，我們可以大概的算出此過程可以放出的熱量，還可以對燃燒的垃圾的熱值進(jìn)行判斷，當(dāng)垃圾的熱值達(dá)不到某一標(biāo)準(zhǔn)時，此垃圾就不可以用來燃燒，只能進(jìn)填埋場。我們可以通過可逆過程氣體膨脹對外做最大功，可逆壓縮對外所需要的功最少來設(shè)計合理的過程，以達(dá)到節(jié)省能源的目的。我們還可以用焓判據(jù)，熵判據(jù)，亥母赫茲判據(jù)，吉布斯自由能判據(jù)來判斷某一反應(yīng)能否進(jìn)行。再比如生態(tài)系統(tǒng)是通過質(zhì)能交換達(dá)到動態(tài)平衡的相對穩(wěn)定的統(tǒng)一整合體，生態(tài)系統(tǒng)中存在的物質(zhì)能量流動在一般情況下達(dá)到動態(tài)平衡，即生態(tài)平衡。生態(tài)平衡失調(diào)乃至破壞，是今天人類面臨的環(huán)境問題的一個重要方面。利用熱力學(xué)第一定律和第二定律，可以比較清楚地了解生態(tài)系統(tǒng)中能量流動的大小、方向和形式。

第四章講的是多組分系統(tǒng)熱力學(xué)基礎(chǔ)，學(xué)完此章節(jié)我們可以通過測定溶液上方蒸汽壓的大小來判斷此溶液中所含雜質(zhì)地比例。對污水凈化時有時要用到半透膜，這時就要運(yùn)用到本章所學(xué)的滲透壓的計算。若溶液中進(jìn)入雜質(zhì)，這會導(dǎo)致蒸汽壓下降，凝固點(diǎn)降低，沸點(diǎn)升高，我們也可以用此進(jìn)行計算，得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)。在處理污水及填埋場的滲瀝液的處理時都會用到。

第五章所講的是化學(xué)平衡，包括化學(xué)反應(yīng)的平衡條件，標(biāo)準(zhǔn)平衡函數(shù)的定義，平衡常數(shù)的測定及平衡組成的計算?；瘜W(xué)反應(yīng)的等溫方程。溫度、壓力及惰性物質(zhì)等因素對化學(xué)平衡的影響。學(xué)完此章節(jié)，可以用吉布斯焓變來判斷反應(yīng)是否進(jìn)行，哪一種反應(yīng)更容易，怎樣加快反應(yīng)，提高效率，從而確定出最佳的污染處理方案。在處理污染物時，需要計算在什么溫度下某一物質(zhì)才能分解，此時需要運(yùn)用到本章的知識。當(dāng)我們利用廢物進(jìn)行在生產(chǎn)或利用時，運(yùn)用此章知識，可以計算出最大產(chǎn)率。第六章講的是相平衡，主要介紹相律的推導(dǎo)及各項的意義、克拉佩龍方程，還有各物質(zhì)的相圖。因為海拔不同氣壓也就不同，每種液體的沸點(diǎn)也在改變，所以，當(dāng)我們在進(jìn)行化驗提純時，若要進(jìn)行蒸餾的話就要運(yùn)用到克拉佩龍方程來計算沸點(diǎn)。學(xué)完了相圖之后，我們可以在一定溫度和壓強(qiáng)下查找某一物質(zhì)的狀態(tài)，也可以通過改變溫度和壓強(qiáng)來改變物質(zhì)的狀態(tài)，從而減少污染。

第八章所講的是電化學(xué)：電化學(xué)主要是研究電能和化學(xué)能之間的相互轉(zhuǎn)化及轉(zhuǎn)化過程中有關(guān)規(guī)律的科學(xué)，主要介紹了電解質(zhì)溶液，電化學(xué)系統(tǒng)中的熱力學(xué)，電化學(xué)動力學(xué)，也介紹了一些關(guān)于原電池和電解池的基本知識?，F(xiàn)在大多數(shù)金屬的腐蝕都是電化學(xué)腐蝕，對廢棄金屬的回收利用也是環(huán)境工程的一項重要課題，比如，在垃圾焚燒站專門設(shè)置有磁選系統(tǒng)回收金屬，對含有貴重金屬的液體中會用置換反應(yīng)置換出里面的貴重金屬。運(yùn)用原電池也可以進(jìn)行金屬的防腐，比如污水處理池的閘門的防腐蝕可以采用犧牲陽極保護(hù)法等。

第七章、第九章、第十章所講的是化學(xué)動力學(xué)基礎(chǔ)和表面現(xiàn)象及膠體化學(xué)?；瘜W(xué)動力學(xué)的基本任務(wù)是研究各種因素（濃度，溫度，壓力，催化劑等）對化學(xué)反應(yīng)速率的影響。在處理污染物時各因素影響的原理由此可知，從而我們可以選擇一條最高效最節(jié)省的途徑來進(jìn)行污染處理。在污水處理時處理水中的膠體需要用到本章膠體化學(xué)的知識。與存在界面有關(guān)的各種物理現(xiàn)象和化學(xué)現(xiàn)象統(tǒng)稱為表面現(xiàn)象。表面現(xiàn)象涉及催化劑的制造，活性炭吸附污染氣體等方面，環(huán)境科學(xué)直接利用了表面的特征。依靠物理化學(xué)對反應(yīng)機(jī)理和速率的測定，才探明了光化學(xué)形成的原因，是由于光照，以空氣中的二氧化氮發(fā)生逛街深層氧原子的反應(yīng)為引發(fā)，導(dǎo)致臭氧的形成。碳?xì)浠衔锏拇嬖?，促使一氧化氮向二氧化氮的快速轉(zhuǎn)化，這些都是光化學(xué)煙霧的主要污染物。同時空氣中的霧霾本身也有大量的氣溶膠等，對于當(dāng)下的環(huán)境治理有巨大的理論支持作用。

目前，環(huán)境問題隨著社會生產(chǎn)發(fā)展日益尖銳復(fù)雜，同時也隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而得到認(rèn)識和解決?，F(xiàn)在已經(jīng)有很多環(huán)境問題由物理化學(xué)中的某些原理解決，但是還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需要運(yùn)用更多的