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,*,物理化学,物理化学,物理化学,主讲教师,:,丁勇,0.1,物理化学的研究目的和内容,化学与物理学之间的紧密联系是不言而喻的，化学过程一般都包含或是伴有物理过程。例如化学反应时常伴有物理变化，如体积、压力的变化、热效应、电效应、光效应、颜色变化等，同时，温度、压力、浓度的变化、光的照射、电磁场等物理因素的作用，也都可能引起化学,变化或影响化学变化的进行。,另一方面，分子中电子的运动、原子的转动、振动，分子中原子相互间的作用力等微观物理运动形态，则直接决定了物质的性质及化学反应能力。,绪论,物理化学,以应用物理测量方法和数学处理方法研究物质及其反应，寻求化学性质跟物理性质间本质联系的普遍规律。,在实验方法上主要采用物理学中的方法。,目的,物理化学主要是为了解决生产实际和科学实验中向化学提出的理论问题，揭示化学变化的本质，更好地驾驭化学，使之为生产实际服务。,研究内容：,化学变化的方向和限度问题,一化学反应在指定的条件下能否朝着预定的方向自发进行？,如果该反应能够进行，则它将达到什么限度？,外界条件的改变对反应的方向和限度有什么影响？,对于一个给定的反应，能量的变化关系怎样？,化学热力学：研究化学变化的方向性问题，以及与平衡有关的一些问题。,(2)化学反应的速率和机理问题,一化学反应的速率有多大？,反应是经过什么样的机理进行的？,外界条件（如温度、压力、光照、浓度、催化剂等）对反应速率有什么影响？,怎样才能控制反应进行的速率？,化学动力学：研究反应的速率和机理问题。,(3),物质的性质与其结构之间的关系问题,物质的性质从本质上说是由物质内部的结构所决定的。深入了解物质内部的结构，不仅可以理解化学变化的内因，而且可以预见在适当外因的作用下，物质的结构将发生什么样的变化。,结构化学,(,物质结构）：从微观角度研究有关反应的本质问题,（1）遵循,“实践理论实践”,的认识过程，分别采用归纳法和演绎法，即从众多实验事实概括到一般，再从一般推理到个别的思维过程。,（2）综合应用微观与宏观的研究方法，主要有：,热力学方法、统计力学方法和量子力学方法,。,0.2 物理化学的研究方法,热力学方法：,以众多质点组成的宏观体系作为研究对象，以两个经典热力学定律为基础，用一系列热力学函数及其变量，描述体系从始态到终态的宏观变化，而不涉及变化的细节。经典热力学方法只适用于平衡体系。,本课程中主要应用经典热力学方法。,统计力学方法：,用,概率规律,计算出体系内部大量质点微观运动的平均结果，从而解释宏观现象并能计算一些热力学的宏观性质。,量子力学方法：,用,量子力学的基本方程,（,E.Schrodinger,方程）求解组成体系的微观粒子之间的相互作用及其规律，从而指示,物性与结构之间的关系,。,物理化学实验方面的研究方法：,经典的方法：研究反应随时间进行的规律，化学平衡的规律，各种宏观物化常数、微观参数和结构的测定。,现代的方法：微量热效应进行直接测量，对物质的空间结构进行确定，对,10,-12,s,范围内（甚至对,10,-15,s,飞秒,）,的快速过程进行研究，对量子态之间的能量转移过程进行研究以及精细光谱的研究。而且计算机和电子技术的应用日益普遍。,0.3,物理化学的建立与发展,从燃素说到能量守恒与转化定律，经历近两个世纪，物化在十八世纪开始萌芽。,俄国科学家,罗蒙诺索夫(1711-1765),最早使用“物理化学”这一术语。,W,Ostwald,(18531932),J H vant Hoff,(18521911),十九世纪中叶形成：,1887年德籍俄国科学家,W,Ostwald,和荷兰科学家,J H vant Hoff,合办了第一本“物理化学杂志”(德文）。,20世纪迅速发展,：,表面化学,计算化学,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,催化化学,量子化学,结构化学,伴随物理学的进展，特别是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：,0.4近代物理化学的发展趋势和特点,(1)从宏观到微观,(2)从体相到表相,(,4),从定性到定量,(,5),从单一学科到交叉学科,(,6),从研究平衡态到研究非平衡态,（,3,）从静态到动态,单用宏观的研究方法是不够的，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,棒,纳米,在多相体系中，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，推动了表面化学和多相催化的发展。,(2)从体相到表相,（,3,）从静态到动态,热力学的研究方法是典型的从静态判断动态，利用几个热力学函数，在特定的条件下来判断变化的方向，但无法给出变化过程中的细节。,60,年代以来，由于激光技术和分子束技术的出现，可以真正的研究化学反应的动态问题。,分子反应动力学（微观反应动力学或化学动态学）就是在这个基础上发展起来的，已成为目前十分活跃的学科。,随着计算机技术的飞速发展，大大缩短了数据处理的时间，并可进行人工模拟和自动记录，使许多以前只能做定性研究的课题现在可进行定量监测。,(,4),从定性到定量,做原位反应，如：,气相色谱，液相色谱等。,FT-IR,UV-,Vis,XRD,SEM、TEM,N,2,吸脱附,化学学科与其他学科以及化学内部更进一步相互渗透、相互结合，形成了许多极具生命力的,交叉,科学。,(,5),从单一学科到,交叉,学科,生物,药学,林学,医学,化学,农学,地科,农业,化学,生物,化学,药物,化学,地球,化学,林业,化学,医用,化学,环境,化学,环境学,经典热力学只研究平衡态和封闭体系或孤立体系，然而对处于非平衡态的开放体系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。,(,6),从研究平衡态到研究非平衡态,比利时物理化学家普里高京,把热力学第二定律扩展到研究非平衡态热力学现象，用于处理远离平衡态的非线性不可逆过程，提出了著名的,耗散结构,理论，荣获,1977,年诺贝尔化学奖。,0.5,物理化学课程的学习方法,(1)注意逻辑推理的思维方法，反复体会感性认识和理性认识的相互关系。,(2)抓住重点，熟记公式及其使用条件，要学会自己动手推导部分公式。,（,3,）该课程系统性很强，要课前预习,课后复习,所学过的内容一定要及时消化吸收，否则后面的学习会受到很大影响。,(,4),多做习题，学会解题方法。很多东西只有,通过解题才能学到，不会解题，就不可能掌,握物理化学。,(,5),课堂上要做好笔记，积极开展讨论，勤于思考，培养自学和独立工作的能力。,主要参考教材：,（,1,）物理化学简明教程（第三版），印永嘉，高等教育出版社,1992,（,2,）“物理化学”第五版,傅献彩，沈文霞，姚天扬；高等教育出版社，,2005,。,（,3,）物理化学（第四版）天津大学物理化学教研室编 高等教育出版社,2001,（,4,）基础物理化学 蔡炳新编 科学出版社,2006,年,第二版,（,5,）“,Physical Chemistry”5th,ed.,P.W.Atkins,;Oxford University Press,1998.,