1. 体系和环境

热力学上将研究的对象称为体系(或系统)，体系以外的其他相关部分称为环境。热力学将体系和环境加在一起称为宇宙。
体系和环境可根据具体研究对象和条件人为进行划分。例如，在实验台上的密闭容器中盛有O₂、N₂和CH₄，点燃后发生反应

CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O

则容器中的反应物O₂、CH₄及生成物CO₂、H₂O为体系，而密闭容器、实验台及实验台周围的空气、与实验台相接触的地面等为环境。N₂既可以看成体系，也可以看成环境。

体系与环境之间可以有界面，也可以无界面。在上例中，若将N₂看成体系，则体系与环境之间有界面；若将N₂看成环境，则体系与环境之间无界面，但可以设计一个假想的界面，从分体积的概念出发，认为N₂的分体积属于环境，于是相当于有了体系与环境的界面。

按照体系与环境之间的物质和能量的交换关系，通常将体系分为三类。

(1)敞开体系：体系与环境之间既有能量交换又有物质交换，如在烧杯中稀硫酸与锌粒发生反应。

(2)封闭体系：体系与环境之间有能量交换但没有物质交换，如在密闭的金属容器中氧气与甲烷反应。

(3)孤立体系：体系与环境之间既无物质交换，又无能量交换，如在密闭、保温的金属容器中氧气与甲烷反应。

2.状态和状态函数

由一系列表征体系性质的物理量所确定的体系的存在形式称为体系的状态。这些确定体系状态的物理量称为体系的状态函数。

例如，中学阶段常提及的理想气体的标准状况就是理想气体的一种状态，而确定了这一状态的物理量，如n=1mol、T=273K、p=1.013×10⁵Pa、V=22.4dm³即为状态函数。

体系变化前的状态为始态，变化后的状态为终态。体系的始态和终态确定，则状态函数的改变量有确定值。如果物质的量改变量用△n表示，温度的改变量用△T表示，压强的改变量用△p表示，体积的改变量用△V表示，状态1为始态，状态2为终态，则

△n=n₂-n₁，△T=T₂-T₁，△p=p₂-p₁，△V=V₂-V₁

体系的状态一定，则状态函数一定(有确定值)；体系的一个或几个状态函数发生了变化，则体系的状态必然发生变化。
在描述体系状态的状态函数中，有些状态函数表示的体系的性质具有加和性，这些状态函数称为量度性质或广度性质，如体积V、物质的量n等物理量。

而有些状态函数表示的体系的性质无加和性，这些状态函数称为强度性质，如温度T、压强p、密度ρ等物理量。

3.过程和途径

体系的状态发生变化，从始态变到终态，则体系经历了一个热力学过程，简称过程。常见的热力学过程包括恒温过程、恒压过程、恒容过程和绝热过程。

恒温过程是指体系在变化过程中温度保持恒定的过程；恒压过程是指体系在变化过程中压强保持恒定的过程；恒容过程是指体系在变化过程中体积保持恒定的过程；绝热过程是指体系在变化过程中与环境之间无热量交换的过程。

状态函数只和体系的状态有关，体系的始态和终态一定，则确定体系状态的状态函数的改变量确定。据此，可以将等温过程定义为体系的始态和终态的温度相同的过程(△T=0)，等压过程为体系的始态和终态的压强相同的过程(△p=0)，等容过程为体系的始态和终态的体积相同的过程(△V=0)。也就是说，只需考察始态和终态的状态函数是否相同，而过程进行中状态函数是否发生变化并不重要。

完成一个热力学过程可以采取不同的方式，这些具体的方式称为途径。

图2-1 同一过程的三种不同途径

以理想气体在恒温条件下从p₁=16×10⁵Pa、V₁=1dm³膨胀至p₂=1×10⁵Pa、V₂=16dm³的过程为例，完成这样一个热力学过程可以采取多种不同的途径，图2-1表示的是其中的三种途径。

显然，过程与途径有着本质不同，过程只关心体系始态和终态，而途径则着重于实现过程的具体方式。

文章来源：《无机化学核心教程（第二版）》

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