化学热力学与耐火材料

热力学是以热力学第一定律与第二定律为基础而建立起来的。把热力学的基本定律与方法应用于研究化学反应体系建立了化学热力学。作为化学热力学的奠基者则是亥姆霍兹、吉布斯、能斯特、范特霍夫与路易斯等。
　　化学工业的发展离不开化学热力学。而冶金工业的迅速发展则是化学热力学在高温工业领域应用中最为突出的范例。
　　自从德国的中克、美国的启普曼以及前苏联的萨马林等一批冶金科学家把化学热力学引入冶金领域，用化学热力学研究有高温熔体参与的冶金反应，才使冶金从全靠技艺和工匠的经验及技巧的生产方式发展成为一门科学，金属的产量、质量与品种剧增，大大促进了人类的物质文明与生活水平的提高。在现今的高新科技发展中，化学热力学仍然是取得新材料、新进展与成就的重要有效途径之一。
　　化学热力学在高温领域之所以应用特别有效，是因为高温时化学反应动力学因素如激活能等阻碍大为降低。最明显的例子是，从热力学计算在室温下H2与O2可以自发地反应生成水，然而由于动力学原因却从未见到在室温下H2与O2
生成H2O。但是在高温下，由于动力学因素的阻碍消除，H2与O2会自发地甚至爆炸式地急剧反应成H2O。因此，在高温下根据热力学判断一个化学反应是否进行及限度(平衡)，往往是可靠的、正确的。
　　正是由于高温7台金工业的需要，众多的科学工作者对气相、固相、熔体以及它们之间进行的反应与标准吉布斯自由能变化进行了大量的实验测定与研究，从而积累了丰富、可靠的热力学数据。由于热力学函数只决定于状态，是状态函数，具有线性组合或加和性，因此可以利用已有的一些物质或化合物的热力学数据去计算或估计一些需要待定的、尚未进行过实验研究或实验研究困难的一些反应，判断其是否可能进行及进行的方向与限度(平衡)。这就避免了大量人力、物力与时间的浪费，并事先较快地做出评估。
　　耐火材料所用原料无论是天然矿的煅烧或人工合成，多是在高温下进行的，其制品除不定形耐火材料外，也是在高温下烧成的。而耐火材料的服务对象都是高温工业。其制品的使用都是在高温下进行的。在许多高温过程中可以接近或达到平衡，平衡时的热力学数据自然就对耐火材料的高温行为提供了非常有用的依据。因此，对耐火材料工作者来说，化学热力学的地位就显得十分重要。即使是不定形耐火材料，其所用原料也多是在高温下煅烧或人工合成的，只是在由耐火原料制作制品时不经过高温烧成。即使这样，在由原料生产制品过程中的泥浆或泥料以及各种活性添加剂的作用也是以化学热力学中的电解质水溶液、电化学以及表面或界面热力学为基础的。
　　我们知道化学热力学是研究化学变化体系中可能发生的化学反应。若在给定条件下，从化学热力学得出此反应是不能进行的，而仍然要去研究其速度或动力学就会是毫无用处与无意义的。如果此反应是可能进行的，再从化学动力学研究如何实现与加快其反应速度则是需要的。
　　耐火材料是多组元、多相、结构复杂的体系，化学热力学虽然可以确定在高温过程中可能发生什么反应，在使用条件下选用何种材质较为合适，但这些一经确定之后，有关一些动力学因素如混合、传质、传热、液相黏度，室温与高温下的有些力学性能、显微组织与结构仍然需要做实验研究与测定。因为热力学并不涉及材料内部的微观结构与微观运动。
　　例如电熔耐火材料，虽然由化学热力学可以确定其在高温熔体与冷却过程中发生的一些反应及产物；但在熔体熔铸凝固过程中，由于黏度、传质、传热以及伴随的偏析与收缩，则不是热力学所能解决的。