物理化学在环境工程中的应用之思考

物理化学在环境工程中的应用之思考

摘要：物理化学是从事环境工作的必备学科，环境工程广泛的应用到物理化学中的知识，本文主要介绍了物理化学在环境工程中的一些应用。

关键词：物理化学，环境工程。

环境工程是研究和从事防治环境污染和提高环境质量的科学技术，是一门由多学科到跨学科的庞大科学体系组成的新兴边缘学科，它与自然科学、社会科学和技术科学相结合，是现代科学技术向深度广度进军的标志,是人类认识和改造自然进一步深化的表现。物理化学是从物质的物理变化和化学变化入手，并运用物理学的理论和试验方法来探求化学变化基本规律的一门学科。物理化学是现代化学的基石，它是其他化学分支学科和相关学科的理论基础和实验研究的依据。物理化学是学习化学、化工、环境、生物、材料等专业的重要基础课程。对环境工程专业的学生来说物理化学是一门重要的基础课程，是继无机化学、分析化学、有机化学之后的一门理论化学课程，同时又为后继课程如环境生态学、大气污染控制等的学习提供方法和理论指导，在基础课程和专业课程之间起着承上启下的枢纽作用。

我们所学的《物理化学》有以下章节，现分别对其分析：

第一章的热力学第一定律和第二章的热力学第二定律主要用于气体方面的研究，第一章主要有热力学基本概念：状态函数、内能（热力学能）、热、功、热力学第一定律。恒容热、恒压热、焓、热容、相变焓、标准摩尔反应焓及其计算。可逆过程与可逆体积功的计算。第二章主要有在普通物理课程中已讲过的卡诺循环和卡诺定理的基础上引出熵函变。掌握熵变的计算。热力学第三定律及化学反应熵变的计算。亥姆霍兹函数及吉布斯函数、热力学基本方程，麦克斯韦关系式。

这方面在环境工程中的应用主要有：污染气体的治理，污染气体的检测，烟气处理等等。在处理污染气体时，学完物理化学我们可以知道大概需要多少热量，需要何种催化剂，还可以知道其中的反应机理。还有比如垃圾的燃烧，学完物理化学，我们可以大概的算出此过程可以放出的热量，还可以对燃烧的垃圾的热值进行判断，当垃圾的热值达不到某一标准时，此垃圾就不可以用来燃烧，只能进填埋场。记得老师曾经讲过一个实例，就是有关下水道甲烷气体含量超标的问题，这种情况在重庆很常见，还引起过几次下水道爆炸事件，我们是做环境工程的，进下水道是家常便饭，如果我们没学过物理化学，这种悲剧迟早会发生在我们身上。关于下水道甲烷含量超标问题一定要重视，否者一个烟头进去就会真的引起下水道的爆炸。我们还可以通过可逆过程气体膨胀对外做最大功，可逆压缩对外所需要的功最少来设计合理的过程，以达到节省能源的目的。我们还可以用焓判据，熵判据，亥母赫兹判据，吉布斯自由能判据来判断某一反应能否进行。我们对气体进行降温时如稀释，热交换，淬火等过程都会用到此两章的知识。

第三章讲的是多组分系统热力学基础，学完此章节我们可以通过测定溶液上方蒸汽压的大小来判断此溶液中所含杂质地比例。对污水净化时有时要用到半透膜，这时就要运用到本章所学的渗透压的计算。若溶液中进入杂质，这会导致蒸汽压下降，凝固点降低，沸点升高，我们亦可以用此进行计算，得到相应的数据。在处理污水及填埋场的渗沥液的处理时都会用到。

第四章讲的是相平衡，主要介绍相律的推导及各项的意义、克拉佩龙方程，还有各物质的相图。因为海拔不同气压也就不同，每种液体的沸点也在改变，所以，当我们在进行化验提纯时，若要进行蒸馏的话就要运用到克拉佩龙方程来计算沸点。学完了相图之后，我们可以在一定温度和压强下查找某一物质的状态，也可以通过改变温度和压强来改变物质的状态，从而减少污染。

第五章所讲的是化学平衡，包括化学反应的平衡条件，标准平衡函数的定义，平衡常数的测定及平衡组成的计算。化学反应的等温方程。温度、压力及惰性物质等因素对化学平衡的影响。学完此章节，可以用吉布斯焓变来判断反应是否进行，哪一种反应更容易，怎样加快反应，提高效率，从而确定出最佳的污染处理方案。在处理污染物时，需要计算在什么温度下某一物质才能分解，此时需要运用到本章的知识。当我们利用废物进行在生产或利用时，运用此章知识，可以计算出最大产率。

第六章所讲的是电化学：电化学主要是研究电能和化学能之间的相互转化及转化过程中有关规律的科学，主要介绍了电解质溶液，电化学系统中的热力学，电化学动力学，也介绍了一些关于原电池和电解池的基本知识。比如：将一根均匀的铁棒部分插入水中，经若干时间后，哪一部分腐蚀最严重?为什么?答：在靠近水面的部分腐蚀最严重。在靠近水面的部分，既有氧气，又有微酸性的电解质溶液，所以很容易发生耗氧腐蚀，因而这部分腐蚀最严重。现在大多数金属的腐蚀都是电化学腐蚀，对废弃金属的回收利用也是环境工程的一项重要课题，比如，在垃圾焚烧站专门设置有磁选系统回收金属，对含有贵重金属的液体中会用置换反应置换出里面的贵重金属。运用原电池也可以进行金属的防腐，比如污水处理池的闸门等。

第七八章所讲的是化学动力学基础和表面现象及胶体化学。化学动力学的基本任务是研究各种因素（浓度，温度，压力，催化剂等）对化学反应速率的影响。在处理污染物时各因素影响的原理由此可知，从而我们可以选择一条最高效最节省的途径来进行污染处理。在污水处理时处理水中的胶体需要用到本章胶体化学的知识。与存在界面有关的各种物理现象和化学现象统称为表面现象。表面现象涉及催化剂的制造，活性炭吸附污染气体等方面，环境科学直接利用了表面的特征。

总而言之，物理化学是从事环境事业的必备学科，并且一定要学好，为环境生态学、大气污染控制等的学习提供方法和理论指导。

参考文献：重庆大学物理化学教研室编《物理化学》。