物理化學(xué)課件：第0章-緒論

1、2022/8/7 物理化學(xué)緒論 “物理化學(xué)” 你未來的良師益友2022/8/7課程簡介有關(guān)數(shù)學(xué)知識的復(fù)習(xí)有關(guān)氣體知識的復(fù)習(xí)緒 論2022/8/7 課程簡介物理化學(xué)的研究對象和內(nèi)容物理化學(xué)的研究方法物理化學(xué)的建立與發(fā)展近代化學(xué)的發(fā)展趨勢和特點(diǎn)物理化學(xué)課程的學(xué)習(xí)方法2022/8/71、什么是物理化學(xué) 物理化學(xué)是從物質(zhì)的物理現(xiàn)象和化學(xué)現(xiàn)象的聯(lián)系入手，來探求化學(xué)變化及相關(guān)的物理變化基本規(guī)律的一門科學(xué)。 -付獻(xiàn)彩-2022/8/7什么是物理化學(xué) Physical chemistry is the branch of chemistry that establishes and develops the

2、principles of the subjects. Its concepts are used to explain and interpret observations on the physical and chemical properties of matter. Physical chemistry is also essential for developing and interpreting the modern techniques used to determine the structure and properties of matter, such as new

3、synthetic materials and biological macromolecules.-Atkins-2022/8/7什么是物理化學(xué) 以物理的原理和實(shí)驗(yàn)技術(shù)為基礎(chǔ)，研究化學(xué)體系的性質(zhì)和行為，發(fā)現(xiàn)并建立化學(xué)體系的特殊規(guī)律的學(xué)科。 - 中國大百科全書（唐有祺）-2022/8/72、物理化學(xué)的研究內(nèi)容研究內(nèi)容：(1) 化學(xué)變化的方向和限度問題 化學(xué)熱力學(xué)(2) 化學(xué)反應(yīng)的速率和機(jī)理問題 化學(xué)動力學(xué)(3) 物質(zhì)性質(zhì)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系問題 結(jié)構(gòu)化學(xué)2022/8/7本課程的講授內(nèi)容 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律多組分系統(tǒng)熱力學(xué)相平衡化學(xué)平衡統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)初步7、8、9 電化學(xué)(三章）10、11 化學(xué)動

4、力學(xué)（兩章）12. 表面物理化學(xué)13. 膠體分散系統(tǒng)和大分子溶液2022/8/73. 物理化學(xué)的研究方法物理化學(xué)是化學(xué)學(xué)科中的一個重要分支，是化學(xué)科學(xué)的理論基礎(chǔ)?；瘜W(xué)反應(yīng)壓力p體積V溫度T能量轉(zhuǎn)化總結(jié)規(guī)律伴隨著物理化學(xué)變化熱光電2022/8/7（1）遵循“實(shí)踐理論實(shí)踐”的認(rèn)識過程，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， 再從一般推理到個別的思維過程。（2）綜合應(yīng)用微觀與宏觀的研究方法，主要有：熱力學(xué)方法、統(tǒng)計(jì)力學(xué)方法和量子力學(xué)方法。物理化學(xué)的研究方法2022/8/7熱力學(xué)方法：物理化學(xué)的研究方法 以眾多質(zhì)點(diǎn)組成的宏觀體系作為研究對象，以兩個經(jīng)典熱力學(xué)定律為基礎(chǔ)，用一系列熱力學(xué)函數(shù)

5、及其變量，描述體系從始態(tài)到終態(tài)的宏觀變化，而不涉及變化的細(xì)節(jié)。經(jīng)典熱力學(xué)方法只適用于平衡體系。2022/8/7 物理化學(xué)的研究方法熱力學(xué)方法的特點(diǎn)：概括大量經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，歸納成定律，從特殊到一般，解決具體實(shí)際問題。具有高度的普遍性，結(jié)論十分可靠。方法簡便，不必知道變化的細(xì)節(jié)，也不必知道體系內(nèi)部粒子的結(jié)構(gòu)，只需知道變化的初始狀態(tài)和終了狀態(tài) ，就可以解決問題。局限性：不知道反應(yīng)的機(jī)理、速率和微觀性質(zhì)。 只講可能性，不講現(xiàn)實(shí)性。2022/8/7統(tǒng)計(jì)力學(xué)方法：物理化學(xué)的研究方法 用概率規(guī)律計(jì)算出體系內(nèi)部大量質(zhì)點(diǎn)微觀運(yùn)動的平均結(jié)果，從而解釋宏觀現(xiàn)象并能計(jì)算一些熱力學(xué)的宏觀性質(zhì)。量子力學(xué)方法： 用量子力學(xué)的基

6、本方程（E.Schrodinger方程）求解組成體系的微觀粒子之間的相互作用及其規(guī)律，從而指示物性與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。2022/8/7第一階段：1887 - 1920 s 化學(xué)平衡和化學(xué)反應(yīng)速率的唯象規(guī)律的建立19世紀(jì)中葉:熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律的提出1850： Wilhelmy 第一次定量測定反應(yīng)速率1879： 質(zhì)量作用定律建立1889： Arrhenius 公式的建立和活化能概念的提出1887： 德文“物理化學(xué)”雜志創(chuàng)刊1906 - 1912： Nernst熱定理和熱力學(xué)第三定律的建立4. 物理化學(xué)的建立與發(fā)展2022/8/7第二階段：1920 s - 1960 s： 結(jié)構(gòu)化學(xué)和量子

7、化學(xué)的蓬勃發(fā)展和化學(xué)變化規(guī)律的微觀探索1926 量子力學(xué)建立; 1927 求解氫分子的薛定諤方程;1931 價鍵理論建立; 1932 分子軌道理論建立;1935 共振理論建立; 1918 提出雙分子反應(yīng)的碰撞理論;1935 建立過渡態(tài)理論; 1930 提出鏈反應(yīng)的動力學(xué)理論.物理化學(xué)的建立與發(fā)展2022/8/7物理化學(xué)的建立與發(fā)展第三階段：1960 s -：(1)從宏觀到微觀(2)從體相到表相(3)從定性到定量(4)從單一學(xué)科到交叉學(xué)科(5)從研究平衡態(tài)到研究非平衡態(tài)2022/8/7化學(xué)學(xué)科的發(fā)展趨勢 單用宏觀的研究方法是不夠的，只有深入到微觀，研究分子、原子層次的運(yùn)動規(guī)律，才能掌握化學(xué)變化的

8、本質(zhì)和結(jié)構(gòu)與物性的關(guān)系。(1) 從宏觀到微觀2022/8/7化學(xué)學(xué)科的發(fā)展趨勢 在多相體系中，化學(xué)反應(yīng)總是在表相上進(jìn)行，隨著測試手段的進(jìn)步，了解 表相反應(yīng)的實(shí)際過程，推動表面化學(xué)和多相催化的發(fā)展。 (2) 從體相到表相2022/8/7化學(xué)學(xué)科的發(fā)展趨勢 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，大大縮短了數(shù)據(jù)處理的時間，并可進(jìn)行人工模擬和自動記錄，使許多以前只能 做定性研究的課題現(xiàn)在可進(jìn)行定量監(jiān)測。(3) 從定性到定量2022/8/7化學(xué)學(xué)科的發(fā)展趨勢 化學(xué)學(xué)科與其他學(xué)科以及化學(xué)內(nèi)部更進(jìn)一步相互滲透、相互結(jié)合，形成了許多極具生命力的交叉科學(xué)，如生物化學(xué)、地球化學(xué)、天體化學(xué)、計(jì)算化學(xué)、金屬有機(jī)化學(xué)、物理有機(jī)化學(xué)

9、等。(4) 從單一學(xué)科到交叉學(xué)科2022/8/7化學(xué)學(xué)科的發(fā)展趨勢 經(jīng)典熱力學(xué)只研究平衡態(tài)和封閉體系或孤立體系，然而對處于非平衡態(tài)的開放體系的研究更具有實(shí)際意義，自1960年以來，逐漸形成了非平衡態(tài)熱力學(xué)這個學(xué)科分支。(5)從研究平衡態(tài)到研究非平衡態(tài)2022/8/7催化基礎(chǔ)的研究；原子簇化學(xué)的研究；分子動態(tài)學(xué)的研究；生物大分子和藥物大分子的研究。6.目前化學(xué)研究的前沿陣地：2022/8/7第一環(huán)節(jié)：認(rèn)真聽課預(yù)習(xí)。認(rèn)真聽課：注意以下三點(diǎn) 基本概念； 公式推導(dǎo)過程和公式的限制條件； 基本概念和公式如何在例題中應(yīng)用。作好筆記。7. 如何學(xué)好物理化學(xué)2022/8/7第二環(huán)節(jié)：課后復(fù)習(xí)和做習(xí)題復(fù)習(xí)：整理

10、和補(bǔ)充筆記，注意及時總結(jié)做習(xí)題： 規(guī)律：一看、二仿、三做。如何學(xué)好物理化學(xué)2022/8/78.有關(guān)課程的幾點(diǎn)具體要求：（1）參考書傅獻(xiàn)彩,沈文霞,等. 物理化學(xué)(第五版). 北京: 高等教育出版社,天津大學(xué)物理化學(xué)教研室編. 物理化學(xué)（第五版）. 北京：高等教育出版社，2001. 胡英主編，呂瑞東，劉國杰，葉汝強(qiáng)等編. 物理化學(xué)（上、中、下，第四版）. 北京：高等教育出版社，1999. 姚允斌等編. 物理化學(xué)教程（修訂本）.長沙：湖南教育出版社，1991. P. W. Atkins. Physical Chemistry. 5th ed., Oxford Press, 1994. IRA. N

11、. Levine. Physical Chemistry. 4th ed., McGraw-Hill, 1995. G. M. Barrow. Physical Chemistry. 6th ed., McGraw-Hill, 1996. R.A. Alberty. Physical Chemistry. 6th ed., John Wiley & Sons 19832022/8/7（4）總結(jié)：每章內(nèi)容講完之后，有一次小結(jié) 和討論課。（2）作業(yè)：每章交一次，兩周后交。 （3）答疑 時間方式靈活安排。有關(guān)課程的幾點(diǎn)具體要求：2022/8/7（6）成績評定： 平時成績：20% 期末考試：80%（5

12、）考試： 沒有期中考試，期末考試（綜合內(nèi)容）有關(guān)課程的幾點(diǎn)具體要求：2022/8/7二、有關(guān)數(shù)學(xué)知識的復(fù)習(xí)函數(shù)：Z = f(x,y) 如理想氣體的壓力、溫度和體積三個物理量中： p=f1(T,V), 壓力是溫度和體積的函數(shù) V=f2(T,p), 體積是溫度和壓力的函數(shù) T=f3(p,V), 溫度是壓力和體積的函數(shù)2022/8/7 偏微商的物理意義：如 p=f (T,V)注意：其意義是變化率而不是變化值; 其幾何意義是變化曲線的斜率.表示等容條件下 p隨T的變化率; 表示等溫條件下 p隨V的變化率;pT(p/T)VpV(p/V)T2022/8/7其物理意義： p是一個狀態(tài)函數(shù)，dp只與始、終態(tài)有關(guān)，而與途徑無關(guān)。全微分: 若 p = f(T,V)2022/8/75.歐拉循環(huán)關(guān)系式與求導(dǎo)次序無關(guān) 全微分的性質(zhì)：2022/8/71-1 理想氣體1. 理想氣體狀態(tài)方程R = 8.314 J.mol.K-1 = 1.987cal. K-1.mol-1 = 0.08206 atm.L. K-1.mol-1三、有關(guān)氣體知識的復(fù)習(xí)2022/8/7此定義既適用于理想氣體也適用于實(shí)際氣體在氣體混合物中pB : 氣體B的分壓 p： 混合氣體的總壓xB: 氣體B在混合氣中的摩爾分?jǐn)?shù)2