中南大學(xué)物理化學(xué)課件第四章-熱力學(xué)函數(shù)與定律-1

1、工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué) 工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)物理化學(xué)篇物理化學(xué)篇 Physical Chemistry 工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)理論理論化學(xué)化學(xué)化學(xué)化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)化學(xué)化學(xué)檢測檢測化學(xué)化學(xué)13章章414章章工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)理論理論化學(xué)化學(xué)物理化學(xué)物理化學(xué)無機(jī)化學(xué)無機(jī)化學(xué)有機(jī)化學(xué)有機(jī)化學(xué)分析化學(xué)分析化學(xué)+ + + +課程課程體系體系學(xué)科學(xué)科體系體系反應(yīng)反應(yīng)化學(xué)化學(xué)檢測檢測化學(xué)化學(xué)1518章章1920章章工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)結(jié)構(gòu)化學(xué)結(jié)構(gòu)化學(xué)量子化學(xué)量子化學(xué)化學(xué)熱力學(xué)（含統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)）化學(xué)熱力學(xué)（含統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)）化學(xué)動(dòng)力學(xué)化學(xué)動(dòng)力學(xué)電化學(xué)電化學(xué)膠體與界面化學(xué)膠體與界面化學(xué)催化化學(xué)催化化學(xué)光

2、化學(xué)光化學(xué)一一般般物物理理化化學(xué)學(xué)包包含含內(nèi)內(nèi)容容工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)1 1）熱力學(xué)第一定律）熱力學(xué)第一定律 2 2）熱化學(xué)）熱化學(xué) 3 3）熱力學(xué)第二定律）熱力學(xué)第二定律 4 4）熱力學(xué)第三定律）熱力學(xué)第三定律 5 5）溶液熱力學(xué)）溶液熱力學(xué) 6 6）化學(xué)平衡熱力學(xué)）化學(xué)平衡熱力學(xué) 7 7）化學(xué)動(dòng)力學(xué)）化學(xué)動(dòng)力學(xué) 第七章第七章第五章第五章第六章第六章第四章第四章工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué) 8）電解質(zhì)溶液）電解質(zhì)溶液 第八章第八章 9）可逆電池電動(dòng)勢）可逆電池電動(dòng)勢 第九章第九章 電化學(xué)電化學(xué) 10）電極過程）電極過程 第十章第十章 11）表面化學(xué)與膠體化學(xué)）表面化學(xué)與膠體化學(xué) 第十一章第十

3、一章 12）相平衡）相平衡 第十二章第十二章 13）統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)基礎(chǔ)）統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)基礎(chǔ) 第十三章第十三章 14）量子化學(xué)計(jì)算應(yīng)用）量子化學(xué)計(jì)算應(yīng)用 第十四章第十四章另開另開選修選修工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué) 緒緒 論論一、物理化學(xué)的任務(wù)和研究內(nèi)容一、物理化學(xué)的任務(wù)和研究內(nèi)容 1. 物理化學(xué)的任務(wù)物理化學(xué)的任務(wù) 物理化學(xué)是以物理化學(xué)是以物理的原理和實(shí)驗(yàn)技術(shù)物理的原理和實(shí)驗(yàn)技術(shù)為基礎(chǔ)，研為基礎(chǔ)，研究化學(xué)體系的性質(zhì)和行為；從研究化學(xué)現(xiàn)象和物理究化學(xué)體系的性質(zhì)和行為；從研究化學(xué)現(xiàn)象和物理現(xiàn)象之間的相互聯(lián)系入手，探求化學(xué)變化中具有普現(xiàn)象之間的相互聯(lián)系入手，探求化學(xué)變化中具有普遍性的基本規(guī)律的一門科學(xué)。遍性的基

4、本規(guī)律的一門科學(xué)。 物理化學(xué)主要是為了解決生產(chǎn)實(shí)際和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中物理化學(xué)主要是為了解決生產(chǎn)實(shí)際和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中向化學(xué)提出的理論問題，揭示化學(xué)變化的本質(zhì)，更向化學(xué)提出的理論問題，揭示化學(xué)變化的本質(zhì)，更好地為生產(chǎn)實(shí)際服務(wù)。好地為生產(chǎn)實(shí)際服務(wù)。工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué) 宏觀上，化學(xué)變化總是包含或者伴隨宏觀上，化學(xué)變化總是包含或者伴隨著各種物理現(xiàn)象，如：著各種物理現(xiàn)象，如： 各種反應(yīng)的各種反應(yīng)的能量效應(yīng)（放能量效應(yīng)（放熱或吸熱）熱或吸熱）工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)燃燒過程中能量轉(zhuǎn)化和體積變化燃燒過程中能量轉(zhuǎn)化和體積變化 電效應(yīng)電效應(yīng)電能電能化學(xué)能化學(xué)能能量轉(zhuǎn)換：能量轉(zhuǎn)換：工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué) 植物中的葉綠

5、素受光照后，可以植物中的葉綠素受光照后，可以把二氧化碳和水合成碳水化合物。過把二氧化碳和水合成碳水化合物。過程伴隨著光效應(yīng)和能量轉(zhuǎn)化：程伴隨著光效應(yīng)和能量轉(zhuǎn)化： 光效應(yīng)光效應(yīng)工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)水分裂水分裂ATP and NADPH2ADTNADP酶酶 + C + H工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué) 微觀上，微觀上，化學(xué)反應(yīng)也與物理過程密不可分：化學(xué)反應(yīng)也與物理過程密不可分： 化學(xué)反應(yīng)即電子重新分配，舊鍵斷裂、新鍵化學(xué)反應(yīng)即電子重新分配，舊鍵斷裂、新鍵形成。形成。 分子中電子的運(yùn)動(dòng)，原子的轉(zhuǎn)動(dòng)，振動(dòng)，原分子中電子的運(yùn)動(dòng)，原子的轉(zhuǎn)動(dòng)，振動(dòng)，原子相互間的作用力等微觀物理運(yùn)動(dòng)形態(tài)、直接決子相互間的作用力

6、等微觀物理運(yùn)動(dòng)形態(tài)、直接決定了物質(zhì)的性質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)能力。定了物質(zhì)的性質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)能力。 壓力或體積的變化壓力或體積的變化 等等等等工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)translaterotatevibrate工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)2. 物理化學(xué)的研究內(nèi)容物理化學(xué)的研究內(nèi)容 (1) 化學(xué)變化的化學(xué)變化的方向方向和和限度限度問題問題 “化學(xué)化學(xué)熱力學(xué)熱力學(xué)”(2) 化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)的速率速率和和機(jī)理機(jī)理問題問題 “化學(xué)化學(xué)動(dòng)力學(xué)動(dòng)力學(xué)” (3) 物質(zhì)的物質(zhì)的性質(zhì)性質(zhì)與其與其結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系問題之間的關(guān)系問題 “結(jié)構(gòu)化學(xué)結(jié)構(gòu)化學(xué)”工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)3.物理化學(xué)的分支（領(lǐng)域）物理化學(xué)的分支（領(lǐng)域）物

7、理化學(xué)的四個(gè)主要研究領(lǐng)域及其聯(lián)系物理化學(xué)的四個(gè)主要研究領(lǐng)域及其聯(lián)系熱力學(xué)熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)力學(xué)統(tǒng)計(jì)力學(xué)量子化學(xué)量子化學(xué)動(dòng)動(dòng) 力力 學(xué)學(xué)宏觀宏觀橋梁橋梁微觀微觀 應(yīng)用應(yīng)用工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)1、遵循、遵循“實(shí)踐實(shí)踐理論理論實(shí)踐實(shí)踐”的認(rèn)識(shí)過的認(rèn)識(shí)過程，分別采用歸納法和演繹法，即從眾多程，分別采用歸納法和演繹法，即從眾多實(shí)驗(yàn)事實(shí)概括到一般，實(shí)驗(yàn)事實(shí)概括到一般， 再從一般推理到個(gè)再從一般推理到個(gè)別的思維過程。別的思維過程。2、綜合應(yīng)用、綜合應(yīng)用微觀與宏觀的研究方法微觀與宏觀的研究方法，主要，主要有：有：熱力學(xué)方法、統(tǒng)計(jì)力學(xué)方法和量子力熱力學(xué)方法、統(tǒng)計(jì)力學(xué)方法和量子力學(xué)方法。學(xué)方法。二、二、 物理化學(xué)的研

8、究方法物理化學(xué)的研究方法工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)熱力學(xué)方法熱力學(xué)方法 以大量質(zhì)點(diǎn)所組成的以大量質(zhì)點(diǎn)所組成的宏觀體系作為宏觀體系作為研究對象研究對象，以三個(gè)經(jīng)典熱力學(xué)定律為基，以三個(gè)經(jīng)典熱力學(xué)定律為基礎(chǔ)，用一系列熱力學(xué)函數(shù)及其變量，描礎(chǔ)，用一系列熱力學(xué)函數(shù)及其變量，描述體系從述體系從始態(tài)始態(tài)到到終態(tài)終態(tài)的宏觀變化，而的宏觀變化，而不不涉及變化的細(xì)節(jié)涉及變化的細(xì)節(jié)。經(jīng)典熱力學(xué)方法只適用于平衡體系。經(jīng)典熱力學(xué)方法只適用于平衡體系。工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)統(tǒng)計(jì)力學(xué)方法統(tǒng)計(jì)力學(xué)方法 用用概率規(guī)律概率規(guī)律計(jì)算出體系內(nèi)部大量質(zhì)點(diǎn)計(jì)算出體系內(nèi)部大量質(zhì)點(diǎn)微微觀運(yùn)動(dòng)觀運(yùn)動(dòng)的平均結(jié)果，從而解釋宏觀現(xiàn)象并能的平均結(jié)果

9、，從而解釋宏觀現(xiàn)象并能計(jì)算一些熱力學(xué)的計(jì)算一些熱力學(xué)的宏觀性質(zhì)宏觀性質(zhì)。量子力學(xué)方法量子力學(xué)方法 用用量子力學(xué)的基本方程量子力學(xué)的基本方程求解組成體系的求解組成體系的微觀粒子之間的相互作用及其規(guī)律，從而揭微觀粒子之間的相互作用及其規(guī)律，從而揭示示物性與結(jié)構(gòu)物性與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)十九世紀(jì)前期建立的道爾頓原子論和阿夫加德羅分子論；十九世紀(jì)前期建立的道爾頓原子論和阿夫加德羅分子論；1840年蓋斯的熱化學(xué)定律；年蓋斯的熱化學(xué)定律；1869年的門捷列夫元素周期律；熱力學(xué)第一定律和第二定律年的門捷列夫元素周期律；熱力學(xué)第一定律和第二定律 ；1876年吉布斯的多相平衡體系

10、的相律關(guān)系；年吉布斯的多相平衡體系的相律關(guān)系；1884年范特霍夫創(chuàng)立的稀溶液理論年范特霍夫創(chuàng)立的稀溶液理論 ；1886年阿累尼烏斯提出了電離學(xué)說年阿累尼烏斯提出了電離學(xué)說 ；這些理論的建立都為物理化學(xué)的形成和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。這些理論的建立都為物理化學(xué)的形成和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。三、物理化學(xué)的建立與發(fā)展三、物理化學(xué)的建立與發(fā)展 經(jīng)驗(yàn)科學(xué)發(fā)展到一定程度必然會(huì)上升為經(jīng)驗(yàn)科學(xué)發(fā)展到一定程度必然會(huì)上升為具有理論體系的科學(xué)。具有理論體系的科學(xué)。工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué) 1887年德國科學(xué)家奧斯特瓦爾德年德國科學(xué)家奧斯特瓦爾德W.Ostwald和荷蘭科和荷蘭科學(xué)家范特霍夫（學(xué)家范特霍夫（J.H.Vant HoH

11、）合辦）合辦物理化學(xué)雜志物理化學(xué)雜志創(chuàng)刊，標(biāo)志著物理化學(xué)成為一門獨(dú)立的學(xué)科分支。創(chuàng)刊，標(biāo)志著物理化學(xué)成為一門獨(dú)立的學(xué)科分支。 F.W.Ostwald 德國化學(xué)家德國化學(xué)家(1853-1932) 1909年年Nobel化學(xué)獎(jiǎng)獲得者化學(xué)獎(jiǎng)獲得者 J.H.Vant Hoff 荷蘭化學(xué)家荷蘭化學(xué)家(1852-1911) 1901年年Nobel化學(xué)獎(jiǎng)獲得者化學(xué)獎(jiǎng)獲得者 S.A.Arrhenius瑞典化學(xué)家瑞典化學(xué)家(1859-1927) 1903年年Nobel化學(xué)獎(jiǎng)獲得者化學(xué)獎(jiǎng)獲得者 工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué) 物理化學(xué)雜志物理化學(xué)雜志創(chuàng)刊號(hào)上，同時(shí)摘要發(fā)表了瑞典化學(xué)家創(chuàng)刊號(hào)上，同時(shí)摘要發(fā)表了瑞典化學(xué)家S

12、.A.Arrhenius 的的“電離學(xué)說電離學(xué)說”，上述三人都是物理化學(xué)的重，上述三人都是物理化學(xué)的重要奠基人，由于他們對物理化學(xué)的卓越貢獻(xiàn)和研究工作中的親要奠基人，由于他們對物理化學(xué)的卓越貢獻(xiàn)和研究工作中的親密合作關(guān)系，被稱為密合作關(guān)系，被稱為“物理化學(xué)三劍客物理化學(xué)三劍客”。 物理化學(xué)學(xué)科的繁榮物理化學(xué)學(xué)科的繁榮乃至整個(gè)化學(xué)的發(fā)展，還乃至整個(gè)化學(xué)的發(fā)展，還應(yīng)該歸功于該學(xué)科的一位應(yīng)該歸功于該學(xué)科的一位卓越先驅(qū)卓越先驅(qū) J. W.Gibbs。工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué) J. W.Gibbs在熱力學(xué)、冶金學(xué)、礦物學(xué)、巖石學(xué)、生在熱力學(xué)、冶金學(xué)、礦物學(xué)、巖石學(xué)、生理學(xué)等諸多領(lǐng)域都有著重要發(fā)現(xiàn)與巨大建

13、樹，理學(xué)等諸多領(lǐng)域都有著重要發(fā)現(xiàn)與巨大建樹， 尤其是他將尤其是他將熱力學(xué)理論、物理化學(xué)科研實(shí)踐與數(shù)學(xué)完美結(jié)合，建立了熱力學(xué)理論、物理化學(xué)科研實(shí)踐與數(shù)學(xué)完美結(jié)合，建立了同時(shí)代人難以破譯的相平衡理論同時(shí)代人難以破譯的相平衡理論“相律相律”，從而極大地，從而極大地簡化了一大批工業(yè)生產(chǎn)過程并使之成本下降，例如：制冷、簡化了一大批工業(yè)生產(chǎn)過程并使之成本下降，例如：制冷、冶煉、燃燒、能源工程以及合成化學(xué)品、陶瓷、玻璃和肥冶煉、燃燒、能源工程以及合成化學(xué)品、陶瓷、玻璃和肥料的大批量生產(chǎn)，從此化學(xué)才得以成為世界上規(guī)模最大的料的大批量生產(chǎn)，從此化學(xué)才得以成為世界上規(guī)模最大的工業(yè)基礎(chǔ)。工業(yè)基礎(chǔ)。 科學(xué)史學(xué)家們認(rèn)為

14、，吉布斯可稱得上最偉大科學(xué)史學(xué)家們認(rèn)為，吉布斯可稱得上最偉大的科學(xué)家，可與牛頓和麥克斯韋相提并論。的科學(xué)家，可與牛頓和麥克斯韋相提并論。工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)1906年以后：年以后：（1） Lewis提出逸度和活度概念以及測定方法，提出逸度和活度概念以及測定方法，化學(xué)熱力學(xué)的全部基礎(chǔ)已經(jīng)具備?；瘜W(xué)熱力學(xué)的全部基礎(chǔ)已經(jīng)具備。（2） Laue和和Brag對對X射線晶體結(jié)構(gòu)分析的創(chuàng)造射線晶體結(jié)構(gòu)分析的創(chuàng)造性研究，為經(jīng)典的晶體學(xué)向近代結(jié)晶化學(xué)的發(fā)展性研究，為經(jīng)典的晶體學(xué)向近代結(jié)晶化學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。奠定了基礎(chǔ)。（3） Arrhnius關(guān)于化學(xué)反應(yīng)活化能的概念，以關(guān)于化學(xué)反應(yīng)活化能的概念，以及及Bo

15、denstein和和Nernst關(guān)于鏈反應(yīng)的概念，化學(xué)關(guān)于鏈反應(yīng)的概念，化學(xué)動(dòng)力學(xué)的發(fā)展迅速。動(dòng)力學(xué)的發(fā)展迅速。工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué) 20世紀(jì)世紀(jì)2040年代是結(jié)構(gòu)化學(xué)大發(fā)展時(shí)期，這時(shí)的物年代是結(jié)構(gòu)化學(xué)大發(fā)展時(shí)期，這時(shí)的物理化學(xué)研究已深入到微觀的原子和分子世界，改變了對分子理化學(xué)研究已深入到微觀的原子和分子世界，改變了對分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性茫然無知的狀況。內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性茫然無知的狀況。 第二次世界大戰(zhàn)后到第二次世界大戰(zhàn)后到60年代期間，物理化學(xué)以實(shí)驗(yàn)研究年代期間，物理化學(xué)以實(shí)驗(yàn)研究手段和測量技術(shù)，使物理化學(xué)的研究對象超出了基態(tài)穩(wěn)定分手段和測量技術(shù)，使物理化學(xué)的研究對象超出了基態(tài)穩(wěn)定分子而

16、開始進(jìn)入各種激發(fā)態(tài)的研究領(lǐng)域。子而開始進(jìn)入各種激發(fā)態(tài)的研究領(lǐng)域。 20世紀(jì)世紀(jì)70年代以來，分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、激光化學(xué)和表面年代以來，分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、激光化學(xué)和表面結(jié)構(gòu)化學(xué)代表著物理化學(xué)的前沿陣地。研究對象從一般鍵合結(jié)構(gòu)化學(xué)代表著物理化學(xué)的前沿陣地。研究對象從一般鍵合分子擴(kuò)展到準(zhǔn)鍵合分子、原子簇、分子簇和非化學(xué)計(jì)量化合分子擴(kuò)展到準(zhǔn)鍵合分子、原子簇、分子簇和非化學(xué)計(jì)量化合物。在實(shí)驗(yàn)中不但能控制化學(xué)反應(yīng)的溫度和壓力等條件，進(jìn)物。在實(shí)驗(yàn)中不但能控制化學(xué)反應(yīng)的溫度和壓力等條件，進(jìn)而對反應(yīng)物分子的內(nèi)部量子態(tài)、能量和空間取向?qū)嵭锌刂啤６鴮Ψ磻?yīng)物分子的內(nèi)部量子態(tài)、能量和空間取向?qū)嵭锌刂啤?工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)

17、化學(xué) 與此同時(shí)，與此同時(shí)，1968年年L.Onsager因研究不可逆過程熱力學(xué)因研究不可逆過程熱力學(xué)理論和理論和1977年年IPrigogine因創(chuàng)立非平衡熱力學(xué)提出耗散結(jié)因創(chuàng)立非平衡熱力學(xué)提出耗散結(jié)構(gòu)理論而分別獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，這標(biāo)志著非平衡態(tài)熱力構(gòu)理論而分別獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，這標(biāo)志著非平衡態(tài)熱力學(xué)研究取得了突破性的進(jìn)展，化學(xué)熱力學(xué)進(jìn)入新時(shí)代。學(xué)研究取得了突破性的進(jìn)展，化學(xué)熱力學(xué)進(jìn)入新時(shí)代。 熱力學(xué)第一、二、三定律是現(xiàn)代物理化學(xué)的基熱力學(xué)第一、二、三定律是現(xiàn)代物理化學(xué)的基礎(chǔ)，但它們只能描述靜止?fàn)顟B(tài)，在化學(xué)上只適用于礎(chǔ)，但它們只能描述靜止?fàn)顟B(tài)，在化學(xué)上只適用于可逆平衡態(tài)體系，而自然界所發(fā)生的大

18、部分化學(xué)過可逆平衡態(tài)體系，而自然界所發(fā)生的大部分化學(xué)過程是不可逆過程。因此對于大自然發(fā)生的化學(xué)現(xiàn)象，程是不可逆過程。因此對于大自然發(fā)生的化學(xué)現(xiàn)象，應(yīng)從非平衡態(tài)和不可逆過程來研究。應(yīng)從非平衡態(tài)和不可逆過程來研究。工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)開放體系、非平衡過程：開放體系、非平衡過程：從無序到有序的生命過程從無序到有序的生命過程工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué) 21世紀(jì)生物熱力學(xué)和熱化學(xué)研究，如細(xì)胞生長過程的世紀(jì)生物熱力學(xué)和熱化學(xué)研究，如細(xì)胞生長過程的熱化學(xué)研究、蛋白質(zhì)的定點(diǎn)切割反應(yīng)熱力學(xué)研究、生物膜熱化學(xué)研究、蛋白質(zhì)的定點(diǎn)切割反應(yīng)熱力學(xué)研究、生物膜分子的熱力學(xué)研究等成為熱力學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。分子的熱力學(xué)研究

19、等成為熱力學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。 21世紀(jì)物理化學(xué)家的問題甚多，例如：世紀(jì)物理化學(xué)家的問題甚多，例如： 研究對象從宏觀發(fā)展到介觀；研究對象從宏觀發(fā)展到介觀； 微觀結(jié)構(gòu)研究由靜態(tài)、穩(wěn)態(tài)向動(dòng)態(tài)、瞬態(tài)發(fā)展；微觀結(jié)構(gòu)研究由靜態(tài)、穩(wěn)態(tài)向動(dòng)態(tài)、瞬態(tài)發(fā)展； 復(fù)雜體系、生命過程的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)行為復(fù)雜體系、生命過程的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)行為 總之，物理化學(xué)的發(fā)展，一是突破，二是融合。突破總之，物理化學(xué)的發(fā)展，一是突破，二是融合。突破是指探索新的科學(xué)規(guī)律和科技成果，如從經(jīng)典的平衡態(tài)熱是指探索新的科學(xué)規(guī)律和科技成果，如從經(jīng)典的平衡態(tài)熱力學(xué)發(fā)展到非平衡熱力學(xué)，從宏觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)發(fā)展到微觀力學(xué)發(fā)展到非平衡熱力學(xué)，從宏觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

20、發(fā)展到微觀的分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。而融合是指學(xué)科交叉、共同解決各種的分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。而融合是指學(xué)科交叉、共同解決各種問題，形成邊緣學(xué)科。問題，形成邊緣學(xué)科。工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)五、物理化學(xué)的重要作用五、物理化學(xué)的重要作用物理化學(xué)是化學(xué)科學(xué)的理論基礎(chǔ)與重要組成部分物理化學(xué)是化學(xué)科學(xué)的理論基礎(chǔ)與重要組成部分 1901 1998年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?wù)吖材戢@諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?wù)吖?130位，位，其中約其中約 82位是物理化學(xué)家或從事物理化學(xué)領(lǐng)域位是物理化學(xué)家或從事物理化學(xué)領(lǐng)域研究的科學(xué)家，這說明在研究的科學(xué)家，這說明在 98個(gè)年頭中化學(xué)科學(xué)個(gè)年頭中化學(xué)科學(xué)最熱門的課題與最引人注目的成就，最熱門的課題與最引人注目的

21、成就，60 %以上以上是集中在物理化學(xué)領(lǐng)域。是集中在物理化學(xué)領(lǐng)域。工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)物理化學(xué)與國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān)物理化學(xué)與國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān) 鑒于石油及資源日漸呈現(xiàn)短缺的局面，減鑒于石油及資源日漸呈現(xiàn)短缺的局面，減少污染的需求，使多種工業(yè)部門都面臨更新?lián)Q少污染的需求，使多種工業(yè)部門都面臨更新?lián)Q代問題，而物理化學(xué)的進(jìn)步將使人們在開發(fā)新代問題，而物理化學(xué)的進(jìn)步將使人們在開發(fā)新能源、新材料、新食品源方面取得越來越多的能源、新材料、新食品源方面取得越來越多的自由，一旦人們能自由地左右這些化學(xué)過程，自由，一旦人們能自由地左右這些化學(xué)過程，就將更新整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)體系就將更新整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)體系 。工科

22、大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)“太陽能太陽能- -水水- -氫能源氫能源”構(gòu)成完美的綠色生態(tài)循環(huán)構(gòu)成完美的綠色生態(tài)循環(huán)Photo-catalystOHEnergyOH222光解水的機(jī)理？光解水的機(jī)理？光催化材料的設(shè)計(jì)？光催化材料的設(shè)計(jì)？均有賴于物理化學(xué)基礎(chǔ)均有賴于物理化學(xué)基礎(chǔ)工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué) Hydrogen on Tetrahedral Sites Hydrogen on Octahedral Sites依據(jù)物理化學(xué)基礎(chǔ)理論，探索儲(chǔ)氫機(jī)理依據(jù)物理化學(xué)基礎(chǔ)理論，探索儲(chǔ)氫機(jī)理工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)不同材料儲(chǔ)存氫氣的體積比較不同材料儲(chǔ)存氫氣的體積比較儲(chǔ)氫材料的研究開發(fā)：依賴于物理化學(xué)基礎(chǔ)儲(chǔ)氫材料的

23、研究開發(fā)：依賴于物理化學(xué)基礎(chǔ)工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)金屬結(jié)構(gòu)材料金屬結(jié)構(gòu)材料陶瓷結(jié)構(gòu)材料陶瓷結(jié)構(gòu)材料碳碳/碳結(jié)構(gòu)材料碳結(jié)構(gòu)材料高分子結(jié)構(gòu)材料高分子結(jié)構(gòu)材料超導(dǎo)材料超導(dǎo)材料生物材料生物材料磁性材料磁性材料光光/聲材料聲材料電子材料電子材料催化材料催化材料機(jī)電材料機(jī)電材料冶冶 金金化學(xué)化學(xué)材料材料 金屬材料制備加工金屬材料制備加工的冶金過程及其相關(guān)的冶金過程及其相關(guān)有機(jī)、無機(jī)材料有機(jī)、無機(jī)材料制備、合成的化制備、合成的化學(xué)過程及其相關(guān)學(xué)過程及其相關(guān) 材料材料加工、制備、加工、制備、合成、測試、合成、測試、表征、總體表征、總體 化學(xué)、冶金及材料學(xué)科與現(xiàn)代材料領(lǐng)域的關(guān)系化學(xué)、冶金及材料學(xué)科與現(xiàn)代材料領(lǐng)

24、域的關(guān)系摘自摘自 西北工業(yè)大學(xué)西北工業(yè)大學(xué) 傅恒志傅恒志材料與材料科學(xué)材料與材料科學(xué)該圖顯示，該圖顯示，大部分新型大部分新型材料位于三材料位于三大學(xué)科的交大學(xué)科的交匯范圍。匯范圍。工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)礦產(chǎn)資源的高效利用礦產(chǎn)資源的高效利用新型浮選劑的組裝設(shè)計(jì)新型浮選劑的組裝設(shè)計(jì)工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)冶金過程新工藝的開發(fā)冶金過程新工藝的開發(fā)大膽設(shè)想：直大膽設(shè)想：直接由鋁土礦煉接由鋁土礦煉鋁，省略鋁，省略Al2O3提取的環(huán)節(jié)是提取的環(huán)節(jié)是否可行否可行 ？需要物理需要物理化學(xué)研究先行化學(xué)研究先行Precipitator工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)可以說：可以說：* * 物理化學(xué)是化學(xué)、化工、冶金、材

25、料物理化學(xué)是化學(xué)、化工、冶金、材料等學(xué)科的重要基礎(chǔ)學(xué)科；等學(xué)科的重要基礎(chǔ)學(xué)科；* * 物理化學(xué)與經(jīng)濟(jì)繁榮及國計(jì)民生密切物理化學(xué)與經(jīng)濟(jì)繁榮及國計(jì)民生密切相關(guān)。相關(guān)。工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)1.1.戰(zhàn)略上戰(zhàn)略上-培養(yǎng)和提高興趣培養(yǎng)和提高興趣 認(rèn)識(shí)認(rèn)識(shí)重要性重要性 面對面對挑戰(zhàn)性挑戰(zhàn)性 2.2.戰(zhàn)術(shù)上戰(zhàn)術(shù)上-“三要一抓三要一抓” 基本概念基本概念要要 清楚清楚 基本理論基本理論要要 搞懂搞懂 基本公式和計(jì)算基本公式和計(jì)算要要 掌握掌握 抓抓 好習(xí)題解答訓(xùn)練好習(xí)題解答訓(xùn)練 六、如何學(xué)好物理化學(xué)六、如何學(xué)好物理化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)注意邏輯推理的思維方法注意邏輯推理的思維方法 “ “多思考、勤練習(xí)

26、、持多思考、勤練習(xí)、持之以恒，做一個(gè)勤奮的接之以恒，做一個(gè)勤奮的接受者，主動(dòng)的探索者。受者，主動(dòng)的探索者?！惫た拼髮W(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)“玩玩”出快樂，出快樂，“玩玩”出智慧；出智慧；“玩玩”出與眾不同的自己，出與眾不同的自己，“玩玩”出刻骨銘心的體會(huì)：出刻骨銘心的體會(huì)： “山高人為峰山高人為峰”！ 工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)參考教材參考教材工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)，張平民主編，中南大學(xué)，張平民主編，中南大學(xué)物理化學(xué)物理化學(xué)，傅獻(xiàn)彩、沈文霞、姚天揚(yáng)編，南，傅獻(xiàn)彩、沈文霞、姚天揚(yáng)編，南京大學(xué)京大學(xué)物理化學(xué)物理化學(xué)，天津大學(xué)物理化學(xué)教研室編，天津大學(xué)物理化學(xué)教研室編物理化學(xué)物理化學(xué)，胡，胡 英主編，華東

27、理工大學(xué)英主編，華東理工大學(xué)Physical Chemistry， 6th ed. ，Atkins物理化學(xué)習(xí)題解答物理化學(xué)習(xí)題解答，王文清等編，北京大學(xué)，王文清等編，北京大學(xué)工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)1 化學(xué)熱力學(xué)化學(xué)熱力學(xué)(Chemical thermodynamics) 的科學(xué)框架的科學(xué)框架一、化學(xué)熱力學(xué)的一、化學(xué)熱力學(xué)的任務(wù)及研究對象任務(wù)及研究對象1.化學(xué)熱力學(xué)的任務(wù)化學(xué)熱力學(xué)的任務(wù) 一定條件下，過程一定條件下，過程(反應(yīng)反應(yīng))能否自動(dòng)進(jìn)行；能否自動(dòng)進(jìn)行； 一定條件下，過程一定條件下，過程(反應(yīng)反應(yīng))的限度及最大產(chǎn)量；的限度及最大產(chǎn)量； 過程過程(反應(yīng)反應(yīng))的能量的能量(熱、功熱、功)轉(zhuǎn)換

28、及其規(guī)律。轉(zhuǎn)換及其規(guī)律。 第四章第四章 化學(xué)熱力學(xué)化學(xué)熱力學(xué)基本定律與函數(shù)基本定律與函數(shù)工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué) 經(jīng)典熱力學(xué)特點(diǎn)：經(jīng)典熱力學(xué)特點(diǎn)： 經(jīng)驗(yàn)性經(jīng)驗(yàn)性(熱力學(xué)熱力學(xué)1、2定律定律)，但非常可靠。，但非常可靠。2) 宏觀性宏觀性，對象是宏觀物質(zhì)體系，只研究物質(zhì)變化過，對象是宏觀物質(zhì)體系，只研究物質(zhì)變化過程中各宏觀性質(zhì)的關(guān)系，不考慮微觀結(jié)構(gòu)，所有的結(jié)程中各宏觀性質(zhì)的關(guān)系，不考慮微觀結(jié)構(gòu)，所有的結(jié)論具有統(tǒng)計(jì)性。論具有統(tǒng)計(jì)性。3) 狀態(tài)函數(shù)法狀態(tài)函數(shù)法，只研究物質(zhì)變化過程的始態(tài)和終態(tài)，只研究物質(zhì)變化過程的始態(tài)和終態(tài)，而不追究變化過程中的中間細(xì)節(jié)（機(jī)理），也不研究而不追究變化過程中的中間細(xì)節(jié)（

29、機(jī)理），也不研究變化過程的速率和完成過程所需要的時(shí)間。變化過程的速率和完成過程所需要的時(shí)間。4) 局限性局限性，肯定不足，否定有余。，肯定不足，否定有余。 H2+O2H2O 工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)2. 化學(xué)熱力學(xué)的研究對象化學(xué)熱力學(xué)的研究對象 化學(xué)熱力學(xué)就是用熱力學(xué)的基本原理研化學(xué)熱力學(xué)就是用熱力學(xué)的基本原理研究化學(xué)變化、相變化的最普遍規(guī)律。究化學(xué)變化、相變化的最普遍規(guī)律。 化學(xué)熱力學(xué)的研究對象就是：化學(xué)熱力學(xué)的研究對象就是： 一切客觀實(shí)體及其變化規(guī)律一切客觀實(shí)體及其變化規(guī)律工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)二、二、 熱力學(xué)基本概念熱力學(xué)基本概念體系（體系（System）：）：被研究的物質(zhì)與空間。被研

30、究的物質(zhì)與空間。亦稱為亦稱為物物系系或或系統(tǒng)系統(tǒng)。 在科學(xué)研究時(shí)必須先確定研究對象，把一部分在科學(xué)研究時(shí)必須先確定研究對象，把一部分物質(zhì)與其余分開，這種分離可以是實(shí)際的，也可以物質(zhì)與其余分開，這種分離可以是實(shí)際的，也可以是想象的。是想象的。環(huán)境（環(huán)境（surroundings）：）：與體系與體系密切相關(guān)密切相關(guān)、有、有相互相互作用作用（或影響所能及）的（或影響所能及）的物質(zhì)與空間物質(zhì)與空間稱為環(huán)境。稱為環(huán)境。1.體系與環(huán)境體系與環(huán)境工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué) 根據(jù)體系與環(huán)境之間能量和物質(zhì)交換的根據(jù)體系與環(huán)境之間能量和物質(zhì)交換的特點(diǎn)，把體系分為三類：特點(diǎn)，把體系分為三類：1）開放）開放 (敞開敞開

31、)體系體系（open system） 既有物質(zhì)交換既有物質(zhì)交換， 又有能量交換又有能量交換。例如：在玻璃盒中被加例如：在玻璃盒中被加熱的盛有水的燒杯。熱的盛有水的燒杯。以燒杯及其中的水為研究對象以燒杯及其中的水為研究對象工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)2）封閉體系）封閉體系（closed system） 無物質(zhì)交換無物質(zhì)交換， 有能量交換有能量交換。例如：在玻璃盒中例如：在玻璃盒中被加熱的，盛有水被加熱的，盛有水的加蓋的燒杯。的加蓋的燒杯。以加蓋的燒杯及其以加蓋的燒杯及其中的水為研究對象中的水為研究對象工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué) 3）孤立體系（）孤立體系（isolated system） 既無物質(zhì)交換既

32、無物質(zhì)交換，又無能量交換又無能量交換，又稱為，又稱為隔離體系隔離體系。有時(shí)把封閉體系和體系影響所及的環(huán)境一起作為孤立有時(shí)把封閉體系和體系影響所及的環(huán)境一起作為孤立體系來考慮。體系來考慮。工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)注意：注意： 可見，體系與環(huán)境的劃分并不是絕對的，實(shí)際上帶有一定可見，體系與環(huán)境的劃分并不是絕對的，實(shí)際上帶有一定的的人為性人為性。原則上說，對于同一問題，不論選哪個(gè)部分作為體。原則上說，對于同一問題，不論選哪個(gè)部分作為體系都可將問題解決，只是在處理上有簡便與復(fù)雜之分。因此，系都可將問題解決，只是在處理上有簡便與復(fù)雜之分。因此，要盡量選便于處理的部分作為體系。一般情況下，選擇哪一部要盡量

33、選便于處理的部分作為體系。一般情況下，選擇哪一部分作為體系是明顯的，但是在某些特殊場合下，選擇方便問題分作為體系是明顯的，但是在某些特殊場合下，選擇方便問題處理的體系并非一目了然。處理的體系并非一目了然。封閉系封閉系隔離系隔離系工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)按組分分類按組分分類： 單元單元(組分組分)體系：水體系：水-水蒸氣水蒸氣 多元多元(組分組分)體系：體系：Fe-Zn， 水水-乙醇乙醇 按物相分類按物相分類： 單相體系：單相體系：NaCl水溶液水溶液(多元多元)，水，水(純物質(zhì)純物質(zhì)) 多相體系：水多相體系：水-水蒸氣水蒸氣工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué) 2. 體系熱力學(xué)性質(zhì)體系熱力學(xué)性質(zhì)(ther

34、modynamical properties)與分類與分類熱力學(xué)性質(zhì)：描述體系熱力學(xué)狀態(tài)的宏觀物理量，熱力學(xué)性質(zhì)：描述體系熱力學(xué)狀態(tài)的宏觀物理量，也稱為熱力學(xué)變量也稱為熱力學(xué)變量( (參量參量) )。根據(jù)這些性質(zhì)根據(jù)這些性質(zhì)與物質(zhì)的與物質(zhì)的量量的關(guān)系，可分為兩類：的關(guān)系，可分為兩類：廣度廣度/容量性質(zhì)容量性質(zhì)(Extensive/Capacity properties) 它的值與體系的物質(zhì)的量成正比，如體積、質(zhì)它的值與體系的物質(zhì)的量成正比，如體積、質(zhì)量、熵等。這種性質(zhì)有加和性。如：量、熵等。這種性質(zhì)有加和性。如：V=Vi =nVm，在數(shù)學(xué)上是物質(zhì)的量的一次齊函數(shù)在數(shù)學(xué)上是物質(zhì)的量的一次齊函數(shù)。

35、工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué) 強(qiáng)度性質(zhì)強(qiáng)度性質(zhì)(intensive properties) 它的數(shù)值取決于體系自身的特點(diǎn)，與體系所它的數(shù)值取決于體系自身的特點(diǎn)，與體系所含的物質(zhì)的量無關(guān)，不具有加和性，如溫度、壓含的物質(zhì)的量無關(guān)，不具有加和性，如溫度、壓力等，在數(shù)學(xué)上，強(qiáng)度性質(zhì)是物質(zhì)的量的力等，在數(shù)學(xué)上，強(qiáng)度性質(zhì)是物質(zhì)的量的零次齊零次齊函數(shù)函數(shù)。注意注意：容量性質(zhì)與強(qiáng)度性質(zhì)可以相互轉(zhuǎn)換！容量：容量性質(zhì)與強(qiáng)度性質(zhì)可以相互轉(zhuǎn)換！容量性質(zhì)之比，如性質(zhì)之比，如指定了物質(zhì)的量的容量性質(zhì)即成為指定了物質(zhì)的量的容量性質(zhì)即成為強(qiáng)度性質(zhì)。強(qiáng)度性質(zhì)。工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)強(qiáng)度性質(zhì)強(qiáng)度性質(zhì)物質(zhì)的量物質(zhì)的量容量性質(zhì)容量性

36、質(zhì)mVnVVm強(qiáng)強(qiáng)度度性性質(zhì)質(zhì)容容量量性性質(zhì)質(zhì)容容量量性性質(zhì)質(zhì)工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)按體系內(nèi)外也可分為兩類：按體系內(nèi)外也可分為兩類：(1) 內(nèi)變量內(nèi)變量： 取決于組成體系粒子的運(yùn)動(dòng)與分布的客取決于組成體系粒子的運(yùn)動(dòng)與分布的客觀性質(zhì)，如觀性質(zhì)，如溫度、壓力、熱力學(xué)能等；溫度、壓力、熱力學(xué)能等；(2) 外變量外變量： 取決于體系之外取決于體系之外(不在體系內(nèi)部不在體系內(nèi)部)的物體位的物體位置的客觀性質(zhì)，如置的客觀性質(zhì)，如體積、面積、電場強(qiáng)度、體積、面積、電場強(qiáng)度、磁場強(qiáng)度等。磁場強(qiáng)度等。工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)按性質(zhì)學(xué)科來源也可分為兩類：按性質(zhì)學(xué)科來源也可分為兩類：(1) 熱力學(xué)本身特有的性質(zhì)熱

37、力學(xué)本身特有的性質(zhì) 如溫度、熱力學(xué)能、熵、焓、吉布斯自由能如溫度、熱力學(xué)能、熵、焓、吉布斯自由能等；等；(2) 借用其它學(xué)科的性質(zhì)借用其它學(xué)科的性質(zhì) 如幾何學(xué)中的體積、面積，力學(xué)中的壓力、如幾何學(xué)中的體積、面積，力學(xué)中的壓力、表面張力；電磁學(xué)中的電場強(qiáng)度、磁場強(qiáng)度，化表面張力；電磁學(xué)中的電場強(qiáng)度、磁場強(qiáng)度，化學(xué)中的物質(zhì)的量等。學(xué)中的物質(zhì)的量等。注意：注意：溫度溫度1.內(nèi)變量；內(nèi)變量；2.熱力學(xué)本身特有的性質(zhì)；熱力學(xué)本身特有的性質(zhì)；3.強(qiáng)度性質(zhì)。強(qiáng)度性質(zhì)。工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)1)狀態(tài)狀態(tài)(State) 體系的性質(zhì)可用來描述體系的狀態(tài)，反之，體系體系的性質(zhì)可用來描述體系的狀態(tài)，反之，體系的狀態(tài)

38、是由體系的各種性質(zhì)來確定的，或者說，體系的狀態(tài)是由體系的各種性質(zhì)來確定的，或者說，體系的熱力學(xué)狀態(tài)是體系熱力學(xué)性質(zhì)的綜合表現(xiàn)。的熱力學(xué)狀態(tài)是體系熱力學(xué)性質(zhì)的綜合表現(xiàn)。3. 狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù)穩(wěn)定平衡態(tài)穩(wěn)定平衡態(tài)( (熱力學(xué)平衡態(tài)熱力學(xué)平衡態(tài)) )狀態(tài)狀態(tài) 亞穩(wěn)平衡態(tài)亞穩(wěn)平衡態(tài) 非平衡態(tài)非平衡態(tài)平衡態(tài)平衡態(tài)工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)宏觀平衡態(tài)要達(dá)到下列幾個(gè)平衡：宏觀平衡態(tài)要達(dá)到下列幾個(gè)平衡：熱平衡熱平衡(thermal equilibrium ) : : 各部分溫度相等各部分溫度相等，dT = 0力學(xué)平衡力學(xué)平衡(mechanical equilibrium ) : : 各部分的壓力都相

39、等，各部分的壓力都相等，dp = 0，邊界不再移動(dòng)邊界不再移動(dòng)相平衡相平衡(phase equilibrium ) : : 多相共存時(shí)，各相的組成和數(shù)量不隨時(shí)間而改變，多相共存時(shí)，各相的組成和數(shù)量不隨時(shí)間而改變，dn = 0化學(xué)平衡化學(xué)平衡(chemical equilibrium ) : : 反應(yīng)體系中各物的數(shù)量不再隨時(shí)間而改，反應(yīng)體系中各物的數(shù)量不再隨時(shí)間而改，dn = 0工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)2)熱力學(xué)平衡（狀）態(tài)熱力學(xué)平衡（狀）態(tài)! 當(dāng)體系的當(dāng)體系的所有性質(zhì)所有性質(zhì)不隨時(shí)間而改變，不隨時(shí)間而改變，且不存在且不存在外外界或內(nèi)部的某些作用使體系內(nèi)以及體系與環(huán)境之間有界或內(nèi)部的某些作用使體

40、系內(nèi)以及體系與環(huán)境之間有任何物質(zhì)流和能量流（宏觀流）與化學(xué)反應(yīng)等任何物質(zhì)流和能量流（宏觀流）與化學(xué)反應(yīng)等發(fā)生的發(fā)生的條件條件的狀態(tài)的狀態(tài)熱力學(xué)平衡態(tài)熱力學(xué)平衡態(tài) (Thermodynamical equilibrium state) 。即，平衡態(tài)必須同時(shí)滿足：即，平衡態(tài)必須同時(shí)滿足： 熱平衡熱平衡(無傳熱無傳熱) 力平衡力平衡(不作功不作功) 質(zhì)平衡質(zhì)平衡(無相變和化學(xué)反應(yīng)無相變和化學(xué)反應(yīng))工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)注意：注意： 熱力學(xué)平衡態(tài)是對宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間而變熱力學(xué)平衡態(tài)是對宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間而變及無宏觀流、無化學(xué)反應(yīng)而言。但在微觀上，及無宏觀流、無化學(xué)反應(yīng)而言。但在微觀上，熱力學(xué)平衡態(tài)體系

41、內(nèi)的每一個(gè)粒子都在不停地?zé)崃W(xué)平衡態(tài)體系內(nèi)的每一個(gè)粒子都在不停地 運(yùn)動(dòng)著，因此，熱力學(xué)平衡態(tài)實(shí)質(zhì)上是一種統(tǒng)運(yùn)動(dòng)著，因此，熱力學(xué)平衡態(tài)實(shí)質(zhì)上是一種統(tǒng)計(jì)的熱動(dòng)平衡。計(jì)的熱動(dòng)平衡。 自然界實(shí)際上都是非熱力學(xué)平衡態(tài)，非熱自然界實(shí)際上都是非熱力學(xué)平衡態(tài)，非熱力學(xué)平衡態(tài)創(chuàng)造了世界。熱力學(xué)平衡態(tài)只是非力學(xué)平衡態(tài)創(chuàng)造了世界。熱力學(xué)平衡態(tài)只是非熱力學(xué)平衡態(tài)的一種極限形式，是理想化了的熱力學(xué)平衡態(tài)的一種極限形式，是理想化了的狀態(tài)。狀態(tài)。工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué) 1) 定義：定義： 體系的性質(zhì)值僅取決于體系所處的狀態(tài)，或者體系的性質(zhì)值僅取決于體系所處的狀態(tài)，或者說，它的變化值僅取決于體系的始態(tài)和終態(tài)，而與說，它的變

42、化值僅取決于體系的始態(tài)和終態(tài)，而與變化的途徑無關(guān)。具有這種特點(diǎn)的物理量稱為狀態(tài)變化的途徑無關(guān)。具有這種特點(diǎn)的物理量稱為狀態(tài)函數(shù)。函數(shù)。 狀態(tài)函數(shù)可以是容量性質(zhì)狀態(tài)函數(shù)可以是容量性質(zhì)(如如V、U、S等等)，也，也可以是強(qiáng)度性質(zhì)可以是強(qiáng)度性質(zhì)(如如T、p、濃度等、濃度等)，其變量，其變量(變化變化值值)表示為：表示為：(始態(tài)始態(tài),狀態(tài)狀態(tài)1) (末態(tài)末態(tài),狀態(tài)狀態(tài)2) V = V2 - - V1 ； p = p2 - - p1 ； T =T2 - - T14. 狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)函數(shù)(state function)0d, 0d, 0dTpV工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué)2） 狀態(tài)函數(shù)的狀態(tài)函數(shù)的特點(diǎn)特點(diǎn) 單值

43、性單值性 狀態(tài)一定，狀態(tài)函數(shù)一定狀態(tài)一定，狀態(tài)函數(shù)一定與路徑無關(guān)性與路徑無關(guān)性 體系狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，體系狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，狀態(tài)狀態(tài)函數(shù)的變化值只與始態(tài)和末態(tài)有關(guān)，循環(huán)過程狀函數(shù)的變化值只與始態(tài)和末態(tài)有關(guān)，循環(huán)過程狀態(tài)函數(shù)態(tài)函數(shù)變量變量為零，與全微分相當(dāng)。為零，與全微分相當(dāng)。 凡是狀態(tài)函數(shù)，一定具備上述特征。反之，凡是狀態(tài)函數(shù)，一定具備上述特征。反之，如果某個(gè)變量具有上述特征，那么這個(gè)變量就一如果某個(gè)變量具有上述特征，那么這個(gè)變量就一定是一個(gè)狀態(tài)函數(shù)。定是一個(gè)狀態(tài)函數(shù)。工科大學(xué)化學(xué)工科大學(xué)化學(xué) 熱力學(xué)不能指出至少需要指定幾個(gè)性質(zhì)，體系熱力學(xué)不能指出至少需要指定幾個(gè)性質(zhì)，體系的狀態(tài)才能被確定，但是實(shí)驗(yàn)證明：對只含一種物的狀態(tài)才能被確定，但是實(shí)驗(yàn)證明：對只含一種物質(zhì)的封閉體系，只要指定質(zhì)的封閉體系，只要指定兩個(gè)兩個(gè)狀態(tài)函數(shù)即可確定它狀態(tài)函數(shù)即可確定它的狀態(tài)了。的狀態(tài)了。 例如，已知質(zhì)量的水或氧氣，指定了溫度和壓例如，已知質(zhì)量的水或氧氣，指定了溫度和壓力后，就能確定它的狀態(tài)了，用函數(shù)關(guān)系表示：力后，就能確定它的狀態(tài)了，用函數(shù)關(guān)系表示： V= f（p,T） 例如，理想氣體的狀態(tài)方程可表示為：例如，理想氣體的狀態(tài)方程可表示為：pV=nRT 是否需要所有熱力學(xué)性質(zhì)