物理化学 绪论

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,物 理 化 学,傅献彩 沈文霞 姚天扬 侯文华 编,第五版,高等教育出版社,南京大学化学化工学院,问题的提出：,（,1,）小液滴、气泡和肥皂泡等都有呈球形的趋势？,（,2,）面粉也会爆炸吗？,（,3,）,“,锄地保墒,”,的科学道理？,（,4,）有机物蒸馏时加沸石或废瓷石,以防止暴沸？,（,5,）真金真的不怕火吗？,（,6,）花妆品的作用,?,绪 论,0.1,物理化学的建立与发展,0.2,物理化学的目的与内容,0.3,物理化学的研究方法,0.4,物理化学课程的学习方法,0.1,物理化学的建立与发展,18,世纪开始萌芽,：,从燃素说到能量守恒与转化定律。,俄国科学家,罗蒙诺索夫,(1711,1765),最早使用,“,物理化学,”,这一术语。, ,钻木取火（古代）,火箭实验（北宋）,0.1,物理化学的建立与发展,1887,年德国科学家,W.Ostwald,和荷兰科学家,J.H.,vant,Hoff,合办的,物理化学杂志, (,德文）创刊。,W. Ostwald,(1853,1932),J. H.,vant,Hoff,(1852,1911),德国物理化学家，,1853,年,9,月,2,日生于俄国拉脱,维亚的小乡村里加。一生共著书,77,种，发表,300,多篇论文。,主要贡献：,（,1,）,支持阿累尼乌斯的电解质电离理论，并提出自己的稀释定律；用电离平衡理论解释了酸碱指示剂的变色机理；,（,2,）研究了酸的电导率，溶液的粘滞性，纯水的电离等；,（,3,）提出关于催化剂的现代观点，完成了使氨发生氧化，生成氧化氮的研究工作并创立了新的颜色理论，著有,颜色学,。,奥斯特瓦尔德（,Friedrich Wilhelm Ostwald,）,荷兰化学家，,1852,年,8,月,30,日生于鹿特丹一个医生家庭,阿姆斯特丹大学化学、矿物学、和地质学教授，荷兰皇家学会会员，柏林科学院院士等。,主要贡献：,（,1,）,首先提出碳正四面体构型的立体概念，弄清了有机物旋光异构的原因，开辟了立体化学的新领域；,（,2,）发展近代溶液理论，如渗透压、凝固点、沸点和蒸气压理论；,（,3,）应用相律研究盐的结晶过程；,（,4,）与奥斯特瓦尔德一起创办了,物理化学杂志,。,范霍夫（,Jacobus,Henricus,vant,Hoff,）,0.1,物理化学的建立与发展,20,世纪前期迅速发展,界面化学,热化学,电化学,化学热力学,物理化学,溶液化学,胶体化学,化学动力学,催化作用,量子化学,结构化学,新测试手段和新数据处理方法不断涌现。,形成了许多新的分支领域，如：,0.1,物理化学的建立与发展,20,世纪中叶后发展趋势和特点：,(1),从宏观到微观,(2),从体相到表相,(4),从定性到定量,(5),从单一学科到边缘学科,(6),从平衡态的研究到非平衡态的研究,(3),从静态到动态,二十世纪迅速发展,：新测试手段和新的数据处理方 法不断涌现，形成了许多新的 分支学科，如：热化学，化学 热力学，电化学，溶液化学， 胶体化学，表面化学，化学动 力学，催化作用，量子化学和 结构化学等。,黄子卿 李远哲 唐有祺 徐光宪 查全性 田昭武 田中群 李灿,0.1,物理化学的建立与发展,只有深入到微观，研究分子、原子层次的运动规律，才能掌握化学变化的本质和结构与物性的关系。,(1),从宏观到微观,宏观,(,看得见的物体,),介观,(,纳米材料,),微观,(,原子、分子,),粒子,膜,丝,管,纳米,0.1,物理化学的建立与发展,(2),从体相到表相,在多相系统中，化学反应总是在表相上进行。随着测试手段的进步，了解表相反应的实际过程，推动表面化学和多相催化的发展。,0.1,物理化学的建立与发展,(3),从静态到动态,热力学研究方法是从静态利用热力学函数判断变化的方向和限度，但无法给出变化的细节。,激光技术和分子束技术的出现，可以真正地研究化学反应的动态问题。,分子反应动力学已成为非常活跃的学科。,0.1,物理化学的建立与发展,(4),从定性到定量,随着计算机技术的飞速发展，大大缩短了数据处理的时间，并可进行自动记录和人工拟合。,使许多以前只能做定性研究的课题现在可进行定量监测，做原位反应，如：,利用计算机还可以进行模拟放大和分子设计。,0.1,物理化学的建立与发展,(5),从单一学科到边缘学科,化学学科内部及与其他学科相互渗透、相互结合，形成了许多极具生命力的边缘学科，如：,生物,药学,天文,医学,化学,计算,材料,计算,化学,生物,化学,药物,化学,材料,化学,天体,化学,医用,化学,0.1,物理化学的建立与发展,平衡态热力学只研究平衡态和可逆过程的系统，主要研究,封闭系统或孤立系统,。,(6),从平衡态的研究到非平衡态的研究,对处于非平衡态的敞开系统的研究更具有实际意义。自,1960,年以来，逐渐形成了非平衡态热力学这个学科分支。,Prigogine,对非平衡态热力学有突出贡献，这个学科分支成为当前理论化学的研究前沿之一。,0.2,物理化学的目的和内容,什么是物理化学,?,研究所有物质系统的化学行为的,原理、规律和方法的学科,。,涵盖从宏观到微观与性质的关系、规律、化学过程机理及其控制的研究。,物理化学是化学以及在分子层次上研究物质变化的其他学科领域的,理论基础,。,黄子卿,的定义：,物理化学,是从物理现象和化,学现象的联系找出物质变化的基本原理的一,种科学。,唐有祺,的定义：,物理化学,是化学学科中的,一个重要学科，它借助数学、物理学等基 础科学的理论及其提供的实验手段，研究化学科学中的原理和方法，研究化学体系行为,最一般的宏观、微观规律和理论,的学科，是化学的,理论基础,。,0.2,物理化学的定义,0.2,物理化学的目的和内容,什么是物理化学,?,化学反应,原子、分子间的分离与组合,热,电,光,磁,温度变化,压力变化,体积变化,化学,物理学,密不可分,相态变化,0.2,物理化学的目的和内容,物理化学,用物理的理论和实验方法,研究化学变化的本质与规律,物理现象,化学现象,0.2,物理化学的目的和内容,物理化学主要研究,（,1,）化学变化的方向和限度问题,各种因素如温度、压力和浓度等对化学变化的影响等。这类问题属于,化学热力学的范畴,。,（,2,）化学反应的速率和机理问题,外界条件如温度、压力、浓度和催化剂等对反应速率的影响。这属于,化学动力学的范畴,。,（,3,）物质结构与性能之间的关系,研究这类问题有,结构化学和量子化学,两个分支,化学热力学,从,物质变化的能量效应研究变化的,方向,与,限度,即研究,系统平衡,问题,化学动力学,研究各种因素对化学反应,速率,的影响规律及反应,机理,结构化学,研究微观粒,子结构及其运动规律,揭示物质变化的内在原因,.,另设课,物理化学课程内容,N,2,(g) +3H,2,(g) 2N H,3,(g) 37,%,450,C,300,101325pa,例如：热力学预示,化学热力学：,指定条件下一化学反应能不能进行，向什么方向进行，进行到什么程度，以及预示某一过程的最高转化率。,NO,2,(,左,) NO,2,(,右,),扩散方向,CO,2,(s,干冰,) CO,2,(g),方向,(,室温常压,),2H,2,O(l) 2H,2,(g) + O,2,(g),方向,(,电解,),2Na(s) + 2H,2,O(l) 2NaOH + H,2,(g),方向,快速,4Fe + 3O,2,2Fe,2,O,3,方向,慢与快,Zn + H,2,SO,4,(aq) ZnSO,4,+ H,2,(g),方向,稀酸慢,浓酸快,凡,此,种种不但可以避免浪费人力物力去进行异想天开的尝试，也能为合理设计科学实验或增加生产、改进工效提供可靠的依据。,反应动力学：,一化学反应的速率究竟有多快？反应是经历什么样的机理进行的，外界条件对反应速率有什么影响？怎样才能有效地控制化学反应，抑制副反应的发生使之按我们所需要的什么方向进行，等等。,化学热力学：,印永嘉教授说：,“,无机化学是化学的四肢，有机化学是化学的驱体，分析化学是化学的眼睛，而物理化学是化学的灵魂,”,。,“,没有物理化学知识的人，不能说懂得化学,”,。,0.2,物理化学的目的和内容,例如：,学习无机化学时，元素周期律起很大作用，但只有在学习了物质结构之后，才能对周期律的本质和内在规律给出更深刻的揭示。,0.3,物理化学的研究方法,采用,归纳法,和,演绎法,这一对逻辑方法。,按照,“实践,认识,再实践,再认识,”,的形式，往复循环以至无穷。,常用的研究方法有：,实验的方法、归纳和演绎的方法、模型化方法、理想化方法、假设的方法、数学的统计处理方法等等。,0.4,物理化学课程的学习方法,（,1,）扩大知识面，打好专业基础,（,2,）提高自学能力，培养独立工作能力,1.,抓住每章重点,;,2.,掌握主要公式的物理意义和使用条件,;,3.,课前自学，认真做笔记，及时复习,;,4.,注意章节之间的联系，做到融会贯通,;,5.,重视做习题，培养独立思考的能力，检查自 己对课程内容的掌握程度。,0.4,物理化学课程的学习方法,1.,抓住每章重点,;,2.,掌握主要公式的物理意义和使用条件,;,3.,课前自学，认真做笔记，及时复习,;,4.,注意章节之间的联系，做到融会贯通,;,5.,重视做习题，培养独立思考的能力， 检查自己对课程内容的掌握程度。,经验之谈：,物理化学,不难学！,物理化学,是方法论！,物理化学,是一种思维训练！,物理化学,是基本科研素质的培养！,有人讲：,“,学习过了无机化学、有机化学、当一个中学化学教师没有问题了，物理化学可以不学。,”,这样的人，只能当一名一般的中学化学教师，不能成为一个合格的中学化学教师，更不能成为一个优秀中学化学教师。,0.4,物理化学课程的学习方法,1.,数值和单位缺一不可,量纲相同者才可用加、减、等号相连,量纲,:,长度,;,时间,;,质量,;,热力学温度；物质的量,单位,: m; s ; kg,；,K,；,mol,3.,ln,x,和,e,x,中的,x,为纯数,(,量,/,单位,ln(,T,/K),4.,采用国际单位制,5.,用纯数列表、作图,(,量,/,单位,T,/K),物理量,=,数值,单位,0.5,物理化学中的量和单位,列表：,表,1,的,T,/K,p,/kPa,303.15,4.243,323.15,12.360,作图：,取对数,对,作图。,图,1,