第六堂課工科化學(xué)

第六堂課工科化學(xué)1第一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四過渡態(tài)理論具有足夠能量的分子彼此以適當(dāng)?shù)目臻g取向相互靠近到一定程度時(shí)，會(huì)引起分子或原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的連續(xù)性變化，使原來以化學(xué)鍵結(jié)合的原子間的距離變長(zhǎng)，而沒有結(jié)合的原子間的距離變短，形成了過渡態(tài)的構(gòu)型，稱為活化絡(luò)合物。例如：活化絡(luò)合物(過渡態(tài))反應(yīng)物(始態(tài))生成物(終態(tài))第二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四反應(yīng)過程能量EIE#EIIEa(正)Ea(逆)ΔE終態(tài)始態(tài)(過渡態(tài))III圖2.4反應(yīng)系統(tǒng)中活化能示意圖Ea(正)=E#-EIEa(逆)=E#-EII第三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四例2.10

已知下列氨分解反應(yīng)的活化能約為300kJ.mol-1試?yán)脴?biāo)準(zhǔn)熱力學(xué)函數(shù)估算合成氨反應(yīng)的活化能。解：(1)先計(jì)算出該反應(yīng)的rHm(298.15K)(2)設(shè)氨分解反應(yīng)為正反應(yīng)，已知其活化能Ea(正)≈300kJ.mol-1，則合成氨為逆反應(yīng)，其活化能為Ea(逆)。根據(jù)式(2.37)，作為近似計(jì)算，rHm可用rHm

(298.15K)代替，則可得：第四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四

穩(wěn)定性可分為熱力學(xué)穩(wěn)定性和動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性兩類。一個(gè)熱力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)必然在動(dòng)力學(xué)上也是穩(wěn)定的。但一個(gè)熱力學(xué)上不穩(wěn)定的系統(tǒng)，由于某些動(dòng)力學(xué)的限制因素(如活化能太高)，在動(dòng)力學(xué)上卻是穩(wěn)定的(如合成氨反應(yīng)等)。2

熱力學(xué)穩(wěn)定性與動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性例如本章習(xí)題1(7)：在常溫下，空氣中的N2

和O2

能長(zhǎng)期存在而不化合生成NO。且熱力學(xué)計(jì)算表明N2(g)+O2(g)=2NO(g)的

rGm

(298.15K)>>0，則N2

與O2

混合氣必定也是動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)。又如本章習(xí)題1(8)：已知CCl4

不會(huì)與H2O反應(yīng)，但反應(yīng) CCl4(l)+2H2O(l)=CO2(g)+4HCl(aq)

的

rGm

(298.15K)=–379.93kJ.

mol–1，則必定是熱力學(xué)不穩(wěn)定而動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定的系統(tǒng)。第五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四從活化分子和活化能的觀點(diǎn)來看，增加單位體積內(nèi)活化分子總數(shù)可加快反應(yīng)速率。

活化分子總數(shù)=活化分子分?jǐn)?shù)×分子總數(shù)分子總數(shù)活化分子分?jǐn)?shù)活化分子總數(shù)反應(yīng)速率增大濃度（或壓力）↑

–↑↑升高溫度–↑↑↑使用催化劑（降低活化能）–↑↑↑3加快反應(yīng)速率的方法第六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四催化劑能與反應(yīng)物生成不穩(wěn)定的中間化合物，改變了反應(yīng)歷程，降低了反應(yīng)的活化能。反應(yīng)過程能量Ea,1Ea,2Ea,3ΔEN2+H2NH3圖2.5合成氨反應(yīng)4

催化劑（觸媒）第七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四例2.11

計(jì)算合成氨反應(yīng)采用鐵催化劑后在298K和773K時(shí)反應(yīng)速率各增加多少倍？設(shè)未采用催化劑時(shí)Ea1=254kJ.mol-1,采用催化劑后Ea2=146kJ.mol-1。解：設(shè)指前因子A不因采用鐵催化劑而改變，則根據(jù)阿侖尼烏斯公式(2.35b)式可得：當(dāng)

T=298K，可得：如果T=773K(工業(yè)生產(chǎn)中合成氨反應(yīng)時(shí)的溫度），可得：第八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四

能改變反應(yīng)速率而本身在反應(yīng)前后質(zhì)量和化學(xué)組成均沒有變化的物質(zhì)叫做催化劑。凡能加快反應(yīng)速率的催化劑，叫做正催化劑，即一般所說的催化劑。凡能降低反應(yīng)速率的叫做負(fù)催化劑。催化劑改變反應(yīng)速率的作用叫做催化作用。

催化劑Catalysts

第九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四催化劑的主要特征（1）改變反應(yīng)途徑，降低活化能，使反應(yīng)速率增大（2）只能改變達(dá)到平衡的時(shí)間而不能改變平衡的狀態(tài)（3）有特殊的選擇性（4）對(duì)某些雜質(zhì)特別敏感助催化劑

合成氨的鐵催化劑α-Fe—Al2O3—K2O中α-Fe是主催化劑，Al2O3、K2O等是助催化劑。催化劑毒物

如CO可使合成氨鐵催化劑中毒第十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四

正反應(yīng)的催化劑也必然是逆反應(yīng)的催化劑。催化劑只能加速熱力學(xué)上可能進(jìn)行的反應(yīng)。催化劑具有特殊的選擇性。催化劑的特點(diǎn)

第十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四塑料中各種防老化劑大多屬于負(fù)催化劑。汽車尾氣凈化催化劑多孔陶瓷為載體Pt、Pd、Ru為主催化劑CeO2為助催化劑少量的鉛即可使其中毒，從而失去催化活性。因此，安裝這種尾氣凈化催化劑的汽車是不能夠使用含鉛汽油的。汽車尾氣凈化催化劑第十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四多相催化反應(yīng)在使用催化劑的反應(yīng)中多數(shù)催化劑為固體，而反應(yīng)物則為氣體或液體，這樣的反應(yīng)系統(tǒng)被稱做多相催化反應(yīng)。為了增大這類催化反應(yīng)的速率，用來做催化劑的固體一般為多孔的或微細(xì)分散的，有時(shí)則把微細(xì)分散的催化劑（或稱催化活性物質(zhì)）散布在多孔性的載體上，以提高催化活性，同時(shí)可減小反應(yīng)物流過時(shí)的阻力。反應(yīng)主要在相界面上進(jìn)行，決定反應(yīng)速率的因素還有接觸面大小擴(kuò)散作用第十三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四酶(生物催化劑)催化的特色（1）高度的選擇性（2）高度的催化活性（3）特殊的溫度效應(yīng)（4）反應(yīng)條件溫和0T/K圖2.6酶催化反應(yīng)的速率常數(shù)k與T的關(guān)系5

酶催化和模擬酶催化酶催化和模擬酶催化(不符合Arrhenius公式)第十四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四2.3.4鏈反應(yīng)和光化學(xué)反應(yīng)1鏈反應(yīng)可分為直鏈反應(yīng)和支鏈反應(yīng)。直鏈反應(yīng)可以應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，支鏈反應(yīng)一般可導(dǎo)致爆炸。圖2.11直鏈反應(yīng)和支鏈反應(yīng)示意圖

(a)H2與Cl2的反應(yīng)；(b)H2與O2的反應(yīng)(a)(b)第十五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四(3)鏈終止:

2H.+M→H2+M2H.→H2鏈反應(yīng)包括鏈引發(fā)、鏈傳遞和鏈終止三步，如H2與Cl2的反應(yīng)(屬直鏈反應(yīng))：(1)鏈引發(fā):

Cl2→

2Cl.(2)鏈傳遞:

Cl.+H2→HCl+H.

H.+Cl2→HCl+Cl.

第十六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四表2.3某些可燃?xì)怏w在空氣中的爆炸范圍可燃?xì)怏w空氣中的爆炸界限φ/%可燃?xì)怏w空氣中的爆炸界限φ/%下限上限下限上限H2474C2H63.212.5NH31627C3H82.49.5CS21.2544C6H62.580CO12.574CH3OH1.46.7CH45.314C2H5OH7.336C2H23.212.5(C2H5)2O4.319C2H43.029CH3COOC2H51.948第十七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四(2)光能使某些非自發(fā)過程得以實(shí)現(xiàn)(3)光化學(xué)反應(yīng)比熱反應(yīng)更具有選擇性光化學(xué)反應(yīng)特點(diǎn)：(1)速率主要決定于光的強(qiáng)度而受溫度影響小葉綠素葉綠素——光合作用催化劑(也叫光敏劑)

RGm

(298.15K)=2245kJ.mol-13光化學(xué)反應(yīng)第十八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四利用單色光（例如激光）可以激發(fā)混合系統(tǒng)中某特定的組分發(fā)生反應(yīng)（如紅外激光反應(yīng)能把供給反應(yīng)系統(tǒng)的能量集中消耗在選定要活化的化學(xué)鍵上，稱為選鍵化學(xué)），從而達(dá)到根據(jù)人們的意愿，設(shè)計(jì)指定的化學(xué)反應(yīng)。如有機(jī)化學(xué)中可選擇適當(dāng)頻率的紅外激光使反應(yīng)物分子中特定的化學(xué)鍵或官能團(tuán)活化，讓反應(yīng)按照人們的需要定向進(jìn)行，即實(shí)現(xiàn)所謂“分子剪裁”。第十九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四2.4

大氣污染及其控制近半個(gè)世紀(jì)以來，隨著工業(yè)和交通運(yùn)輸?shù)难杆侔l(fā)展，向大氣中大量排放煙塵、有害氣體、金屬氧化物等，使某些物質(zhì)的濃度超過它們的本底值并對(duì)人及動(dòng)植物產(chǎn)生有害的效應(yīng)，這就是大氣污染。主要熱點(diǎn)問題：

全球性的酸雨

溫室效應(yīng)

臭氧層的破壞

光化學(xué)煙霧第二十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四2.4.1

環(huán)境化學(xué)與重要大氣污染事件1.環(huán)境化學(xué)與環(huán)境污染物環(huán)境科學(xué)是以實(shí)現(xiàn)人和自然和諧為目的,研究以及調(diào)整人與自然關(guān)系的科學(xué)。它是20世紀(jì)70年代初由多學(xué)科交叉滲透而形成的綜合性新學(xué)科。環(huán)境化學(xué)既是環(huán)境科學(xué)的核心組成部分，也是化學(xué)學(xué)科的一個(gè)新的重要分支。它是以化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境中出現(xiàn)而引起的環(huán)境問題為研究對(duì)象，以解決環(huán)境問題為目標(biāo)的一門新興的交叉學(xué)科。它主要研究有害化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境介質(zhì)中存在的濃度、形態(tài)和危害等問題。第二十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四三廢：廢氣、廢液和廢渣三致：致突變、致癌、致畸環(huán)境污染物的來源：

工業(yè)：三廢，量大、成分復(fù)雜、毒性強(qiáng)

農(nóng)業(yè)：農(nóng)藥、化肥、農(nóng)業(yè)廢棄物等

交通運(yùn)輸：噪音、燃料燃燒的排放物等

生活：生活中的“三廢”等。第二十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四對(duì)流層頂對(duì)流層平流層頂平流層中間層中間層頂熱層(電離層)N2、O2、ArCO2、H2ON2、O2、O3N2、O2+、O+、NO+、O2、e-N2、O2、O2+、NO+0110100908070605040302010離地面高度

z/km160200240280320溫度T/K2

大氣圈的結(jié)構(gòu)與組成第二十三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四表2.4干燥清潔空氣的組成(體積分?jǐn)?shù))氣體類別

氣體類別氮(N2)78.09氦(He)5.24×10-4氧(O2)20.95氪(Kr)1.0×10-4氬(Ar)0.93氫(H2)0.5×10-4二氧化碳(CO2)0.03氙(Xe)0.08×10-4氖(Ne)18×10-4臭氧(O3)0.01×10-4/%/%第二十四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四原因是冬季燃煤所致，主要污染物為顆粒物、SO2等黃色煙霧。12月10日大霧散去，4000人死亡，其中大部分是老人，感染支氣管炎和有關(guān)肺部疾病的患者達(dá)數(shù)千人。倫敦的警察舉著火把讓自己看清別人，也讓別人看清自己。倫敦?zé)熿F

1952.12.5~93重要的大氣污染事件第二十五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四原因是汽車排放的廢氣造成的，主要污染物是O3、PAN(peroxyacetylnitrate)

、醛類、NOx等蘭色煙霧，死亡400人。這類污染容易在夏秋季、氣溫較高的氣象條件下形成。洛杉磯煙霧1952.12第二十六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四2.4.2

大氣的主要污染物及控制1.大氣的主要污染物及危害

大氣污染物一般分為兩類：一次(原生)污染物，即由污染物直接排入大氣的；二次(次生)污染物，是由一次污染物在大氣中進(jìn)行熱和光化學(xué)反應(yīng)后的產(chǎn)物。后者往往危害性更大。第二十七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四

氮氧化物：NO、NO2等NOx是形成硝酸酸雨的主要?dú)怏w，其毒性比CO高10倍左右。硫氧化物：SO2、SO3(SOx)硫氧化物主要來自于燃煤，是形成硫酸酸雨的主要?dú)怏w。

顆粒物：大氣顆粒物包括塵（飄塵、落塵）、煙、霧等。

烴類CxHy(或簡(jiǎn)寫為HC)主要來源有煉油廠排放氣、油品的不完全燃燒。CO和CO2人類排放量最大的污染物，主要來自于燃料的不完全燃燒。其毒害是使血液失去輸氧能力。第二十八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四NOxCxHyO2紫外光逆溫層O385%PAN10%醛等光化學(xué)煙霧引發(fā)反應(yīng)成因總反應(yīng)危害強(qiáng)氧化性、強(qiáng)刺激性，會(huì)引起紅眼病等。光化學(xué)煙霧第二十九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四小高爐煉鋼土法煉鋅貴州威寧彝族回族苗族

自治縣二塘鎮(zhèn)第三十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四

工人所在的金屬表帶磨光部有130多名工人，他們每天都要接觸二氧化硅、重金屬、三氯乙烯等可能導(dǎo)致職業(yè)病的有害物質(zhì)。

一名工人展示自己體檢的胸片30歲的人60歲的肺—工人“重金屬中毒”

《北京青年報(bào)》2002年12月23日

第三十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四山窩里的冶煉廠修了一條200多米的煙道直通向山頂?shù)臒焽琛V西壯族自治區(qū)柳州金秀瑤族自治縣的七建鄉(xiāng)和三角鄉(xiāng)之間。人民網(wǎng)，2002年12月15日04:15

土法生產(chǎn)砒霜天真的孩子還不知道自己身上這些會(huì)發(fā)痛發(fā)癢的斑點(diǎn)意味著什么。第三十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四(1)固定源排放的廢氣比例較高、污染嚴(yán)重(2)燃煤大國，屬煤煙型污染。(3)機(jī)動(dòng)車污染日益嚴(yán)重。2

我國空氣污染的主要特征原因：煤為主要能源，廢氣一般雖經(jīng)除塵但未脫硫民用煤比例過高燃煤設(shè)備熱效率低發(fā)展中國家第三十三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四(1)消除煙塵(2)二氧化硫的控制石灰乳法：主要技術(shù)措施：改進(jìn)產(chǎn)生污染源的生產(chǎn)工藝和設(shè)備更換燃料或使用清潔能源凈化排出的廢氣3

大氣污染的控制和防治原理第三十四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四(3)汽車廢氣治理六環(huán)牌HX-OEM-3C-I型三元催化劑當(dāng)前Pt、Pd、Ru催化劑(CeO2

為助催化劑、耐高溫陶瓷為載體)可使尾氣中有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化率超過90%。第三十五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四2.4.3

全球性大氣污染1.酸雨酸雨、全球氣候變暖與臭氧層的破壞是當(dāng)前困擾世界的三大全球性大氣污染問題。酸雨又稱酸沉降，它是指pH<5.6的天然降水（濕沉降）和酸性氣體及顆粒物的沉降（干沉降）。當(dāng)前世界最嚴(yán)重的三大酸雨區(qū)是西北歐、北美和中國。我國酸雨H2SO4/HNO3≈10/1，而發(fā)達(dá)國家為(1~2)/1。1999年度全國降水污染狀況第三十六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四(1)SO2+H2O=H2SO3

2H2SO3+O2=H2SO4SO3+H2O=H2SO4(2)3NO2+H2O=2HNO3+NO酸雨對(duì)水體、森林和土壤都有重要影響，如使石灰?guī)r溶解，海岸線后退，樹木枯死，造成的損失很大。1998年我國劃定“兩控區(qū)”，要求嚴(yán)控酸雨和SO2排放。酸雨的形成第三十七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四大氣層中的某些微量組分，能讓太陽的短波輻射透過，加熱地面，而地面增溫后所放出的熱輻射（屬長(zhǎng)波紅外輻射），卻被這些組分吸收，使大氣增溫，這種現(xiàn)象稱為溫室效應(yīng)。溫室氣體主要有CO2、CH4、N2O、CFC、O3等多原子分子。2

溫室效應(yīng)與全球氣候變暖第三十八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四100806040200透射率T/%23456789101112131415波長(zhǎng)(b)CF2Cl2(a)CH4圖2.8CH4

及CFC-12

的紅外光譜圖第三十九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四表2.6大氣中溫室氣體的現(xiàn)有濃度、增長(zhǎng)率及對(duì)增溫的作用名稱現(xiàn)有濃度/(mL·m-3)估計(jì)年增長(zhǎng)率%對(duì)增溫的作用%CO23500.455平流層O30.1~10(隨高度變化)–0.5對(duì)流層O30.02~0.1(隨高度變化)0~0.7CH41.71~215N2O0.30.26CFC-11(CFCl3)2.3×10-45.024CFC-12(CF2Cl2)4×10-45.0第四十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四龍卷風(fēng)泥石流第四十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四洪澇沙漠化控制全球變暖的基本對(duì)策基本控制對(duì)策能源對(duì)策綠色對(duì)策(2)發(fā)達(dá)國家負(fù)有減少溫室氣體排放的主要責(zé)任第四十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四破壞臭氧層的化學(xué)物質(zhì)主要?dú)w納為三個(gè)方面(1)制冷劑氟利昂和滅火劑哈龍(2)大型噴氣飛機(jī)的高空飛行

2004年5月，全球1.6萬架商用飛機(jī)每年產(chǎn)生超過6億噸CO2和約0.3億噸NOx廢氣。(3)核爆炸1984年英國科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)南極上空出現(xiàn)了“臭氧空洞”，1985年美國的人造衛(wèi)星“雨云7號(hào)”測(cè)到這個(gè)“洞”，其面積與美國領(lǐng)土相等，深度相當(dāng)于珠穆朗瑪峰的高度。公認(rèn)的看法是：人類活動(dòng)排入大氣的某些化學(xué)物質(zhì)與臭氧發(fā)生作用，導(dǎo)致了臭氧的損耗。3

臭氧層空洞第四十三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四美國Rowland于1974年首先提出氟利昂等物質(zhì)破壞臭氧層的理論。氟利昂等物質(zhì)在短波紫外線的作用下分解成Cl、Br、HO等活潑自由基，可作為催化劑引起連鎖反應(yīng)，促使O3

分解。其中O也是O3分解產(chǎn)物：現(xiàn)已明了氯原子來自氟利昂的光化學(xué)分解：第四十四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四1925年美國化學(xué)家托馬斯.米德奇雷(ThomsMidgly)在元素周期律的指導(dǎo)下，大膽而正確地選定氟的化合物為研究對(duì)象，經(jīng)兩年多的實(shí)驗(yàn)研究，成功制得了完全符合制冷要求的新化合物CF2Cl2(沸點(diǎn)–29.8°C)，并于1930年投產(chǎn)。從此開始了系列氟利昂和哈龍的研制與生產(chǎn)。1960年起大量生產(chǎn)和使用，至1974年達(dá)生產(chǎn)高峰.廣泛用做制冷劑、噴霧劑、發(fā)泡劑、清潔劑等。給發(fā)達(dá)國家?guī)砹司薮蟮慕?jīng)濟(jì)利益。然而，20世紀(jì)七八十年代科學(xué)家們已研究清楚氟利昂是破壞臭氧層的主要物質(zhì)，從此開始限制生產(chǎn)和使用。氟利昂的功與過第四十五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四2.4.4

清潔生產(chǎn)和綠色化學(xué)1.清潔生產(chǎn)清潔生產(chǎn)通常是指在產(chǎn)品生產(chǎn)過程和預(yù)期消費(fèi)中，既合理利用自然資源，把人類和環(huán)境的危害減至最小，又能充分滿足人類需要，使社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益最大化的一種生產(chǎn)模式。例如：可降解塑料、無氟冰箱、用酒精代替汽油、水基涂料、生態(tài)養(yǎng)殖等。第四十六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四2.綠色化學(xué)綠色化學(xué)是一種以保護(hù)環(huán)境為目標(biāo)來設(shè)計(jì)、生產(chǎn)化學(xué)產(chǎn)品的一門新興學(xué)科，是一門從源頭阻止污染的化學(xué)。原料的綠色化☆無毒、無害原料☆可再生資源為原料化學(xué)反應(yīng)的綠色化☆“原子經(jīng)濟(jì)性”反應(yīng)☆提高反應(yīng)的選擇性產(chǎn)品的綠色化催化劑的綠色化☆無毒、無害催化劑溶劑的綠色化☆無毒、無害溶劑綠色化學(xué)示意圖第四十七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四(1)經(jīng)典氯醇法總反應(yīng)：摩爾質(zhì)量/g28717444原子利用率=44/173=25%原子利用率=100%(2)現(xiàn)代直接氧化法第四十八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四選讀材料——熵與信息社會(huì)1信息熵與負(fù)熵信息是指對(duì)事物狀態(tài)、存在方式和相互聯(lián)系進(jìn)行描述的一組文字、符號(hào)、語言、圖象或情態(tài)。信息的特征在于能消除事物的不確定性。信息熵也稱廣義熵。

著名量子力學(xué)的創(chuàng)始人之一薛定諤把負(fù)熵概念引進(jìn)生物領(lǐng)域。生物體依靠輸入負(fù)熵提高系統(tǒng)的有序性。這種自組織的有序結(jié)構(gòu)，比利時(shí)科學(xué)家普里戈金(I.R.Prigogine)稱之為“耗散結(jié)構(gòu)”。由于普里戈金對(duì)耗散結(jié)構(gòu)理論的重大貢獻(xiàn)而榮獲1977年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。第四十九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四2.不可逆過程與自組織不可逆過程限制熱機(jī)效率提高，使生命個(gè)體不可抗拒地趨向死亡，使世界趨向均勻、混亂、無序，不可逆過程好象是一種令人悲觀和討厭的東西。然而，遠(yuǎn)離平衡的開放系統(tǒng)中的自組織現(xiàn)象，改變了不可逆過程的消極現(xiàn)象。在宇宙的一個(gè)局部——一個(gè)遠(yuǎn)離平衡的開放系統(tǒng)中，不可逆過程扮演著建設(shè)者的角色，它能使系統(tǒng)中的局部表現(xiàn)出驚人的協(xié)同一致m為人們構(gòu)造出奇妙的時(shí)空有序結(jié)構(gòu)。為了與平衡結(jié)構(gòu)(如晶體)相區(qū)別，稱這種有序結(jié)構(gòu)為耗散結(jié)構(gòu)或自組織。第五十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四化學(xué)振蕩和化學(xué)波是一類重要的自組織現(xiàn)象，例如，1921年勃雷(W.Bray)發(fā)現(xiàn)H2O2

與KIO3

在硫酸稀溶液中加入淀粉指示劑時(shí)，這種振蕩能夠顯示出無色和蘭色的周期性變化。其主要反映為：特別是1959年前蘇聯(lián)化學(xué)家貝洛索夫(B.P.Belousov)和生物化學(xué)家札博廷斯基(A.M.Zhabotinsky)在著名的BZ反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)了自組織現(xiàn)象。第五十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四-4-5-6-7lg{c(Br-)/mol·L-1}030060090012001500t/s圖2.10BZ反應(yīng){c(Ce4+)/c(Ce3+)}和c(Br-)隨時(shí)間t的振蕩例如：在BZ反應(yīng)中，丙二酸在溶有硫酸鈰的稀硫酸溶液中被溴酸鉀氧化，當(dāng)有指示劑(鄰菲咯啉)存在時(shí)，溶液會(huì)顯示出紅色(Ce3+)和蘭色(Ce4+)的周期性變化。0-1-2lg{c(Ce4+)/c(Ce3+)}第五十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期四3.熵與經(jīng)濟(jì)和社會(huì)耗散結(jié)構(gòu)理論的創(chuàng)建人普里戈金等把耗散結(jié)構(gòu)理論用于研究城市演化、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等問題?？茖W(xué)家們?yōu)樯鐣?huì)學(xué)的研究開拓了一條新路，促成了綜合性的交叉學(xué)科——定量社會(huì)學(xué)的問世。高熵原料低熵產(chǎn)品高熵廢物費(fèi)熱生產(chǎn)系統(tǒng)知識(shí)技術(shù)(負(fù)熵)低熵能源圖2.11生產(chǎn)過程中的熵流、物流和能流第五十三頁，共五十七頁，編輯于