流体相平衡的分子热力学
副标题：无
作 者：(美) 约翰 M. 普劳斯尼茨, (德) 吕迪格 N. 利希滕特勒, (葡) 埃德蒙多·戈梅斯·德阿泽维多著
分类号：
ISBN：9787502580162
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简介
分子热力学的目的在于：为化工过程设计提供所需混合物平衡性质的定量估算。在这个意义上可以认为分子热力学是一门工程科学。为了提供这种估算，分子热力学不仅运用了经典热力学，同时还运用了统计热力学和化学物理的概念。它的工作步骤可概括如下：
① 在一切可能的场合利用统计热力学，最低限度也要以它为起点；
② 运用分子科学的适当概念；
③ 构筑有牢固物理基础的模型，以便用实际的可测性质表达抽象的热力学函数；
④ 由少量有代表性的实验数据求得模型参数；
⑤ 通过能满足工程设计需要的计算程序，将模型付诸实用。
与第一版相同，第二版拟就开发分子热力学方法提供指导。本书的主要对象是化学工程的高年级学生或一年级研究生，但对工厂的工程师们也同样是有益的。
在撰写第二版时，我在两个方面采取了折衷方案：一方面作为一本“科学”著作，应着重于分子理论；另一方面作为一本“工程”著作，应为具体的设计方法提供实用的建议。与第一版相同，本书着重介绍基本概念，并探讨如何把它用于实际，以获得有用的结果。
与第一版一样，第二版共包括10章和几个附录。各章节都进行了部分的修订和更新：主要的变化在第4章、第6章、第7章和第8章，第10章的不少内容是全新的；附录Ⅱ对统计力学作了简要的介绍，作为第7章的附录；在附录Ⅷ和附录Ⅸ中就溶液理论中一些专门的论题作了概述。
此外，还增补了许多新的习题，对认真的学生来说，解题是一种不可缺少的训练。在最后一个附录中，还给出了许多习题的数值解。
自1968年本书第一版的工作结束以来，分子热力学的许多领域取得了惊人的进展。因此，要在适当的篇幅内正确地评价全部、即使是主要的进展也是不可能的。为了避免使本书的篇幅过于庞大，我不得不略去不少本应包括的内容。为了节约篇幅，如果我的同事们的某些贡献在书中未能提到，只能请求他们谅解。
在过去的15年中，流体和流体混合物统计热力学的进展，尤其是通过微扰理论和计算机模拟而取得的进展，也许是最有前途的。这些进展无疑将继续，并最终在工程设计中获得应用。但是这种应用在不远的将来，多半还不会实现。因此，在相当长的时间内，本书所论述的半经验方法还将得到应用。尽管如此，化学工程的学生现在至少要掌握一些流体统计热力学的基本知识，这不仅是未来的需要，而且由于现代统计热力学的理论化结果，已有不少用于指导半经验热力学性质关联模型的开发。因此，在第4章、第7章和第10章，还对应用统计热力学作一定的论述。
谨对那些曾经帮助我理解分子热力学及其应用，从而也为本书做出贡献的许多同事表示深切的谢意，其中使我得益最多的是B．J．Alder。除在第一版前言中提到的以外，在此还对R．A．Heidemann、E．U．Franck、K．E．Gubbins、R．C．Reid以及T．K．Sherwood、H．Knapp、F．Kohler、C．Tsonopoulos、L．C．Claitor、H．C．van Ness、F．Selleck和C．J．King致以谢意。并感谢我的许多合作者（研究生和博士后访问学者）为我带来了新的信息、启示性问题和友谊。
另外，我要特别感谢两位共同作者R．N．Lichtenthaler和E．G．Azevedo，他们出色地协助我对原稿进行修改和补充，为本书的出版做出了重要的贡献。他们应由本书可能取得的任何成就而备受赞誉。三位作者都要特别感谢P．Rasmussen的严格审阅，S．F．Barreiros编写索引和R．Spontak的校对。
第二版中所有新增和修订的章节几乎都是在1978~1980年期间撰写的，遗憾的是由于种种原因，出版拖得这样迟，最终的手稿是在1983年2月送到出版社的。
第二版仍保持第一版具有的注重实效的工程科学特色：利用适当的理论概念固然是有效而且经济的，但始终牢记其最终的应用目标也是重要的。为了达到这个目标，单凭理论是不够的，无论如何，某些实验数据是必不可少的。我们要始终保持理论和实践之间的正常平衡，以免失之偏颇。
早在许多年前，应用科学的前辈Francis Bacon（弗朗西斯·培根）爵士就已认识到保持平衡的必要。他把科学事业和昆虫世界作了类比。在《Novum Organum》（《新工具》，1620）一书中，关于蚂蚁、蜘蛛和蜜蜂，Bacon写道：
掌握了科学的人们不是实践家就是理论家。实践家像蚂蚁，它们只收集和使用；理论家像蜘蛛，它们用自己的物质来结网。但是蜜蜂则兼有二者的长处：它从花园和田野中收集原料，依靠自己的力量转化和吸收它。所以，通过实验能力和理论研究能力的更密切、更完美的结合，人们可以期望得到更多的收获。
最后，就像在第一版前言中曾提到的，我要再次强调：研究、应用和发展分子热力学不仅是有益的事业，而且可以从中得到乐趣和满足，如果读者受到感染，而能像我一样从分子热力学获得巨大收益，我将为此而高兴。
目录
目录
第1章 相平衡问题
1．1 问题的本质
1．2 热力学对相平衡问题的应用
第2章 相平衡的经典热力学
2．1 均相封闭系统
2．2 均相敞开系统
2．3 多相封闭系统中的平衡
2．4 Gibbs-Duhem方程
2．5 相律
2．6 化学位
2．7 逸度和活度
2．8 一个简单的应用：拉乌尔定律
习题
参考文献
第3章 由体积数据求得的热力学性质
3．1 以p和T为独立变量的热力学性质
3．2 中压下混合物中组分的逸度
3．3 纯液体或纯固体的逸度
3．4 以V和T为独立变量的热力学性质
3．5 根据范德华方程求混合物中组分的逸度
3．6 由体积性质确定相平衡
习题
参考文献
第4章 分子间力、对应状态和渗透体系
4．1 位能函数
4．2 静电力
4．3 极化率和诱导偶极
4．4 非极性分子之间的分子间力
4．5 非极性分子间的Mie位能函数
4．6 结构的影响
4．7 特殊力(化学力)
4．8 氢键
4．9 电子给体-受体配位化合物
4．10 憎水作用
4．11 致密流体介质中的分子相互作用力
渗透压
Donnan平衡
4．12 对应状态的分子理论
4．13 对应状态理论推广到更复杂的分子
4．14 小结
习题
参考文献
第5章 气体混合物中的逸度
5．1 Lewis逸度规则
5．2 维里状态方程
5．3 维里状态方程推广至混合物
5．4 由维里状态方程求逸度
5．5 由位能函数计算维里系数
5．6 第三维里系数
5．7 由对应状态关联求维里系数
5．8 气相偏离理想性的“化学”解释
5．9 强二聚作用：羧酸
5．10 弱二聚作用与第二维里系数
5．11 高密度下的逸度
5．12 固体和液体在压缩气体中的溶解度
5．13 小结
习题
参考文献
第6章 液体混合物的逸度：过量函数
6．1 理想溶液
6．2 过量函数的基本关系式
6．3 活度和活度系数
6．4 活度系数的归一化
6．5 由二元混合物的过量函数求活度系数
6．6 由其他组分的活度系数求某一组分的活度系数
6．7 由恒温下的总压数据求分压
Barker的数值方法
6．8 由恒压下的沸点数据求分压
6．9 平衡数据的热力学一致性校验
6．10 过量自由焓的Wohl展开式
van Laar方程
Margules方程
Seatchard-Hamer方程
6．11 Wilson、NRTL和UNIQUAC方程
Wilson方程
NRTL方程
UNIQUAC方程
6．12 过量函数与部分互溶
6．13 上部和下部会溶温度
6．14 多组分混合物的过量函数
Wohl方程
二尾标Margules方程
van Laar方程
三尾标Margules方程
Kohler方程
6．15 多组分混合物的Wilson、NRTL和UNIQUAC方程
Wilson方程
NRTL方程式
UNIQUAC方程式
6．16 小结
习题
参考文献
第7章 液体混合物的逸度：模型和溶液理论
7．1 van Laar理论
7．2 Scatchard-Hildebrand理论
7．3 由状态方程求过量函数
7．4 晶格理论
7．5 由分子特性计算交换能
7．6 简单分子的非随机混合物
7．7 双液体理论
7．8 由基团贡献法求活度系数
7．9 化学理论
7．10 缔合溶液的活度系数
7．11 有物理作用的缔合溶液
7．12 溶剂化溶液的活度系数
7．13 含两种或更多种配位化合物的溶液
7．14 两种不互溶溶剂之间溶质的分配
7．15 普遍化van der Waals配分函数
7．16 微扰硬链理论
7．17 硬球链模型
统计缔合流体理论
微扰硬球链理论
7．18 小结
习题
参考文献
第8章 高分子：溶液、共混物、膜和凝胶
8．1 高分子的性质
8．2 晶格模型：Flory-Huggins理论
8．3 高分子溶液的状态方程
Prigogine-Flory-Patterson理论
微扰硬链理论
晶格流体理论
统计缔合流体理论
微扰硬球链理论
8．4 无孔高分子膜和高分子凝胶
无孔膜
高分子凝胶
8．5 小结
习题
参考文献
第9章 电解质溶液
9．1 溶液中非挥发性溶质的活度系数和溶剂的渗透系数
9．2 电解质溶液的电中性
9．3 电解质溶液的渗透系数
9．4 渗透系数与离子平均活度系数的关系
9．5 平均离子活度系数与温度和压力的关系
9．6 电解质溶液的过量性质
9．7 Debye-Hückel极限法则
9．8 弱电解质
9．9 挥发性溶质的盐析与盐溶
9．10 浓的离子溶液的模型
9．11 基本模型
9．12 半经验模型
9．13 基于局部组成概念的模型
9．14 Pitzer模型
9．15 Robinson和Stokes的“化学”水化模型
9．16 从McMillan-Mayer到Lewis-Randall形式的转变
9．17 挥发性电解质水溶液的相平衡
9．18 双液相体系中的蛋白质分配
9．19 小结
习题
参考文献
第10章 气体在液体中的溶解度
10．1 气体的理想溶解度
10．2 亨利定律及其热力学意义
10．3 压力对气体溶解度的影响
10．4 温度对气体溶解度的影响
10．5 气体溶解度的估算
10．6 混合溶剂中气体的溶解度
10．7 气体溶解度的化学效应
习题
参考文献
第11章 固体在液体中的溶解度
11．1 热力学构架
11．2 纯溶质逸度比的计算
11．3 理想溶解度
11．4 非理想溶液
11．5 固体在混合溶剂中的溶解度
11．6 固体溶液
11．7 抗生素在非水混合溶剂中的溶解度
习题
参考文献
第12章 高压相平衡
12．1 高压下的流体混合物
12．2 高压下的相行为
相图的说明
二元混合物相图的分类
Ⅰ 类相行为
Ⅱ 类相行为
Ⅲ 类相行为
Ⅳ 类相行为
Ⅴ 类相行为
Ⅵ 类相行为
二元流体混合物的临界现象
12．3 液-液平衡和气-气平衡
液-液平衡
气-气平衡
12．4 热力学分析
12．5 超临界流体萃取
12．6 高压汽-液平衡计算
12．7 由状态方程计算相平衡
非二次型的混合规则
12．8 由对应状态关联计算高压汽-液平衡
12．9 由硬链微扰理论计算汽-液平衡
12．10 应用化学理论的相平衡
12．11 小结
习题
参考文献
附录A 作为相平衡判据的强度位的均一性
附录B 统计热力学简介
系统的热力学状态与量子状态
系综与基本假设
正则系综
正则系综中热力学性质的统计类比式
巨正则系综
巨正则系综中热力学性质的统计类比式
半经典的配分函数
位形性质和剩余性质
附录B-1 两个基本的组合方程
附录B-2 最大项法
附录B-3 Stifling公式
参考文献
附录C 量子气体的维里系数
表示为密度或压力幂级数的维里方程
氢、氦和氖的维里系数
参考文献
附录D Gibbs-Duhem方程
附录E 二元和多元系统的液-液平衡
附录F 活度系数的估算
无限稀释下活度系数的估计
由基团贡献法估算
参考文献
附录C 含缔合或溶剂化分子混合物的一般原理
附录H 稠密流体的微扰理论简介
参考文献
附录I 多电解质溶液的Pitzer离子相互作用模型
参考文献
附录J 转换因子与常数
SI单位和转换因子
不同单位表示的基本常数
一些流体的临界常数和偏心因子
索引
第1章 相平衡问题
1．1 问题的本质
1．2 热力学对相平衡问题的应用
第2章 相平衡的经典热力学
2．1 均相封闭系统
2．2 均相敞开系统
2．3 多相封闭系统中的平衡
2．4 Gibbs-Duhem方程
2．5 相律
2．6 化学位
2．7 逸度和活度
2．8 一个简单的应用：拉乌尔定律
习题
参考文献
第3章 由体积数据求得的热力学性质
3．1 以p和T为独立变量的热力学性质
3．2 中压下混合物中组分的逸度
3．3 纯液体或纯固体的逸度
3．4 以V和T为独立变量的热力学性质
3．5 根据范德华方程求混合物中组分的逸度
3．6 由体积性质确定相平衡
习题
参考文献
第4章 分子间力、对应状态和渗透体系
4．1 位能函数
4．2 静电力
4．3 极化率和诱导偶极
4．4 非极性分子之间的分子间力
4．5 非极性分子间的Mie位能函数
4．6 结构的影响
4．7 特殊力(化学力)
4．8 氢键
4．9 电子给体-受体配位化合物
4．10 憎水作用
4．11 致密流体介质中的分子相互作用力
渗透压
Donnan平衡
4．12 对应状态的分子理论
4．13 对应状态理论推广到更复杂的分子
4．14 小结
习题
参考文献
第5章 气体混合物中的逸度
5．1 Lewis逸度规则
5．2 维里状态方程
5．3 维里状态方程推广至混合物
5．4 由维里状态方程求逸度
5．5 由位能函数计算维里系数
5．6 第三维里系数
5．7 由对应状态关联求维里系数
5．8 气相偏离理想性的“化学”解释
5．9 强二聚作用：羧酸
5．10 弱二聚作用与第二维里系数
5．11 高密度下的逸度
5．12 固体和液体在压缩气体中的溶解度
5．13 小结
习题
参考文献
第6章 液体混合物的逸度：过量函数
6．1 理想溶液
6．2 过量函数的基本关系式
6．3 活度和活度系数
6．4 活度系数的归一化
6．5 由二元混合物的过量函数求活度系数
6．6 由其他组分的活度系数求某一组分的活度系数
6．7 由恒温下的总压数据求分压
Barker的数值方法
6．8 由恒压下的沸点数据求分压
6．9 平衡数据的热力学一致性校验
6．10 过量自由焓的Wohl展开式
van Laar方程
Margules方程
Seatchard-Hamer方程
6．11 Wilson、NRTL和UNIQUAC方程
Wilson方程
NRTL方程
UNIQUAC方程
6．12 过量函数与部分互溶
6．13 上部和下部会溶温度
6．14 多组分混合物的过量函数
Wohl方程
二尾标Margules方程
van Laar方程
三尾标Margules方程
Kohler方程
6．15 多组分混合物的Wilson、NRTL和UNIQUAC方程
Wilson方程
NRTL方程式
UNIQUAC方程式
6．16 小结
习题
参考文献
第7章 液体混合物的逸度：模型和溶液理论
7．1 van Laar理论
7．2 Scatchard-Hildebrand理论
7．3 由状态方程求过量函数
7．4 晶格理论
7．5 由分子特性计算交换能
7．6 简单分子的非随机混合物
7．7 双液体理论
7．8 由基团贡献法求活度系数
7．9 化学理论
7．10 缔合溶液的活度系数
7．11 有物理作用的缔合溶液
7．12 溶剂化溶液的活度系数
7．13 含两种或更多种配位化合物的溶液
7．14 两种不互溶溶剂之间溶质的分配
7．15 普遍化van der Waals配分函数
7．16 微扰硬链理论
7．17 硬球链模型
统计缔合流体理论
微扰硬球链理论
7．18 小结
习题
参考文献
第8章 高分子：溶液、共混物、膜和凝胶
8．1 高分子的性质
8．2 晶格模型：Flory-Huggins理论
8．3 高分子溶液的状态方程
Prigogine-Flory-Patterson理论
微扰硬链理论
晶格流体理论
统计缔合流体理论
微扰硬球链理论
8．4 无孔高分子膜和高分子凝胶
无孔膜
高分子凝胶
8．5 小结
习题
参考文献
第9章 电解质溶液
9．1 溶液中非挥发性溶质的活度系数和溶剂的渗透系数
9．2 电解质溶液的电中性
9．3 电解质溶液的渗透系数
9．4 渗透系数与离子平均活度系数的关系
9．5 平均离子活度系数与温度和压力的关系
9．6 电解质溶液的过量性质
9．7 Debye-Hückel极限法则
9．8 弱电解质
9．9 挥发性溶质的盐析与盐溶
9．10 浓的离子溶液的模型
9．11 基本模型
9．12 半经验模型
9．13 基于局部组成概念的模型
9．14 Pitzer模型
9．15 Robinson和Stokes的“化学”水化模型
9．16 从McMillan-Mayer到Lewis-Randall形式的转变
9．17 挥发性电解质水溶液的相平衡
9．18 双液相体系中的蛋白质分配
9．19 小结
习题
参考文献
第10章 气体在液体中的溶解度
10．1 气体的理想溶解度
10．2 亨利定律及其热力学意义
10．3 压力对气体溶解度的影响
10．4 温度对气体溶解度的影响
10．5 气体溶解度的估算
10．6 混合溶剂中气体的溶解度
10．7 气体溶解度的化学效应
习题
参考文献
第11章 固体在液体中的溶解度
11．1 热力学构架
11．2 纯溶质逸度比的计算
11．3 理想溶解度
11．4 非理想溶液
11．5 固体在混合溶剂中的溶解度
11．6 固体溶液
11．7 抗生素在非水混合溶剂中的溶解度
习题
参考文献
第12章 高压相平衡
12．1 高压下的流体混合物
12．2 高压下的相行为
相图的说明
二元混合物相图的分类
Ⅰ 类相行为
Ⅱ 类相行为
Ⅲ 类相行为
Ⅳ 类相行为
Ⅴ 类相行为
Ⅵ 类相行为
二元流体混合物的临界现象
12．3 液-液平衡和气-气平衡
液-液平衡
气-气平衡
12．4 热力学分析
12．5 超临界流体萃取
12．6 高压汽-液平衡计算
12．7 由状态方程计算相平衡
非二次型的混合规则
12．8 由对应状态关联计算高压汽-液平衡
12．9 由硬链微扰理论计算汽-液平衡
12．10 应用化学理论的相平衡
12．11 小结
习题
参考文献
附录A 作为相平衡判据的强度位的均一性
附录B 统计热力学简介
系统的热力学状态与量子状态
系综与基本假设
正则系综
正则系综中热力学性质的统计类比式
巨正则系综
巨正则系综中热力学性质的统计类比式
半经典的配分函数
位形性质和剩余性质
附录B-1 两个基本的组合方程
附录B-2 最大项法
附录B-3 Stifling公式
参考文献
附录C 量子气体的维里系数
表示为密度或压力幂级数的维里方程
氢、氦和氖的维里系数
参考文献
附录D Gibbs-Duhem方程
附录E 二元和多元系统的液-液平衡
附录F 活度系数的估算
无限稀释下活度系数的估计
由基团贡献法估算
参考文献
附录C 含缔合或溶剂化分子混合物的一般原理
附录H 稠密流体的微扰理论简介
参考文献
附录I 多电解质溶液的Pitzer离子相互作用模型
参考文献
附录J 转换因子与常数
SI单位和转换因子
不同单位表示的基本常数
一些流体的临界常数和偏心因子
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流体相平衡的分子热力学
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