物理化學(xué)緒論

1、緒 論物理化學(xué)青 海 師 范 大 學(xué)化 學(xué) 系陳必清8/9/20221緒 論本章目錄0 1 物理化學(xué)的目的、內(nèi)容和任務(wù)0 2 物理化學(xué)的形成、發(fā)展和前景0 3 物理化學(xué)的研究方法0 4 物理化學(xué)的學(xué)習(xí)方法0 5 物理化學(xué)和中學(xué)化學(xué)教學(xué)緒論8/9/20222緒 論一、物理化學(xué)學(xué)科的形成1從宏觀角度看，化學(xué)變化總是包含或者伴隨著各種能量形式的物理現(xiàn)象 例如，各種反應(yīng)的能量效應(yīng)（放熱或吸熱 ）；電流效應(yīng)；光效應(yīng)；壓力或體積的變化等0 1物理化學(xué)的目的、內(nèi)容和任務(wù)8/9/20223緒 論Ca(NO3)2 .4H2O+Na2SO4.10H2O=CaSO4+2NaNO3+14H2O 0 1物理化學(xué)的目的、

2、內(nèi)容和任務(wù)8/9/20224緒 論Zn+2NHCl +2MnO = Zn(NO) Cl2 + 2MnOOH Pb + 2HSO+ PbO = 2PbSO +2HO NiOOH + M(H) = Ni(OH) + M照相底片AgBr被感光后引起化學(xué)反應(yīng)，而使圖像顯示出來爆炸反應(yīng)可以起巨大的壓力，體積變化等 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0 1物理化學(xué)的目的、內(nèi)容和任務(wù)8/9/20225緒 論2從微觀角度看，化學(xué)反應(yīng)仍然與物理過程密不可分。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)，直接決定了物質(zhì)的性質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)能力 可見不管從宏觀，還是從微

3、觀角度看，化學(xué)變化與物理現(xiàn)象總是密不可分的，人們在長期的實(shí)踐中注意到這種相互聯(lián)系，并且加以總結(jié)逐步形成一門獨(dú)立的學(xué)科分支，稱為物理化學(xué) 0 1物理化學(xué)的目的、內(nèi)容和任務(wù)8/9/20226緒 論物理化學(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)變化基本規(guī)律的一門科學(xué)，在實(shí)驗(yàn)方法上，主要是采用物理學(xué)中的測試方法。 最早使用“物理化學(xué)”術(shù)語的是十八世紀(jì)中葉俄國科學(xué)家羅蒙諾索夫，到1887年德國科學(xué)家奧斯特瓦爾德w.ostwald和荷蘭科學(xué)家范特霍夫（J.H.Vant HoH）合辦物理化學(xué)雜志創(chuàng)刊，此后物理化學(xué)這個(gè)名稱就逐漸采用起來。 0 1物理化學(xué)的目的、內(nèi)容和任務(wù)8/9/20227緒 論目的

4、 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)，更好地駕馭化學(xué)，使之為生產(chǎn)實(shí)際服務(wù)。二、物理化學(xué)的目的0 1物理化學(xué)的目的、內(nèi)容和任務(wù)8/9/20228緒 論如有機(jī)化學(xué)家應(yīng)用動(dòng)力學(xué)探索反應(yīng)機(jī)理，應(yīng)用結(jié)構(gòu)化學(xué)知識研究反應(yīng)中間體的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性；無機(jī)化學(xué)家應(yīng)用熱力學(xué)原理研究無機(jī)材料的性質(zhì)及穩(wěn)定性；分析化學(xué)家應(yīng)用光譜分析確定未知樣品的組成。0 1物理化學(xué)的目的、內(nèi)容和任務(wù)8/9/20229緒 論 生物化學(xué)家應(yīng)用動(dòng)力學(xué)研究酶反應(yīng),應(yīng)用熱力學(xué)原理研究生物能、滲透作用、膜平衡及確定生物大分子的分子量。材料科學(xué)家利用熱力學(xué)原理去判斷各種材料的穩(wěn)定性及合成某種新材料的可能性

5、，應(yīng)用光譜方法確定材料的結(jié)構(gòu)和性能，應(yīng)用動(dòng)力學(xué)、統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)原理去研究聚合反應(yīng)等。0 1物理化學(xué)的目的、內(nèi)容和任務(wù)8/9/202210緒 論總之，物理化學(xué)為生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)提供了理論指導(dǎo)，從而使化學(xué)能更好地為生產(chǎn)實(shí)踐服務(wù)。0 1物理化學(xué)的目的、內(nèi)容和任務(wù)8/9/202211緒 論(1)化學(xué)熱力學(xué) 研究化學(xué)變化過程（包括相變過程）的能量轉(zhuǎn)換及化學(xué)變化的方向和限度問題；(2)化學(xué)動(dòng)力學(xué) 研究化學(xué)反應(yīng)的速率和機(jī)理問題及影響速率的因素；(3)物質(zhì)結(jié)構(gòu) 物質(zhì)的性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系問題三、研究內(nèi)容：0 1物理化學(xué)的目的、內(nèi)容和任務(wù)8/9/202212緒 論2化學(xué)反應(yīng)的速率和機(jī)理 3物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)

6、系總的說來，物理化學(xué)的任務(wù)是把化學(xué)領(lǐng)域中各個(gè)現(xiàn)象聯(lián)系起來，對其中的一般規(guī)律性與以更深刻、更本質(zhì)的探討。并通過揭示的客觀規(guī)律來指導(dǎo)化工生產(chǎn)和科學(xué)研究的實(shí)踐。四、物理化學(xué)的任務(wù)0 1物理化學(xué)的目的、內(nèi)容和任務(wù)1化學(xué)變化的方向和限度8/9/202213緒 論1物理化學(xué)的產(chǎn)生是社會(huì)生產(chǎn)發(fā)展的必然產(chǎn)物經(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)。 十九世紀(jì)前期建立的道爾頓原子論和阿夫加德羅德分子論；1840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 ；1876年吉布斯的多相平衡體系的相律關(guān)系；1984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

7、學(xué)說 ；1906年能斯特發(fā)現(xiàn)了熱定理 等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)。促使物理化學(xué)學(xué)科不斷地發(fā)展和完善。 0-2 物理化學(xué)的形成背景、發(fā)展和前景8/9/202214緒 論2二十世紀(jì)物理化學(xué)的快速發(fā)展進(jìn)入二十世紀(jì)以來，在工業(yè)生產(chǎn)和化學(xué)的科學(xué)研究中，物理化學(xué)的基本原理得到了廣泛的應(yīng)用，發(fā)揮了他的指導(dǎo)作用，特別是新興的石油煉制和石油化工工業(yè)，更是充分地利用了化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)、催化和表面化學(xué)等的成果。而工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和其他學(xué)科的發(fā)展、特別是物理學(xué)的進(jìn)展和各種測試手段大量的涌現(xiàn)，極大的影響著物理化學(xué)的發(fā)展。這期間在物理化學(xué)所屬的分支學(xué)科中的熱化學(xué)、化學(xué)熱力學(xué)、電化學(xué)、溶液理論、

8、膠體理論、化學(xué)動(dòng)力學(xué)、催化作用及其理論等都得到了迅速的發(fā)展。0-2 物理化學(xué)的形成背景、發(fā)展和前景8/9/202215緒 論體現(xiàn)物理化學(xué)原理對生產(chǎn)實(shí)踐的指導(dǎo)作用可以舉幾個(gè)例子。 （1）C（石墨） C（金剛石）反應(yīng)條件探索 （2）尋找氨合成反應(yīng) N2 + 3H2 2NH3 在常溫下的催 化劑可能性（3）人造羊毛原料丙烯氰合成工藝的改進(jìn) CH2=CH-CH3 + HCN CH2=CH-CN（產(chǎn)品）+ CH4 CH2=CH-CH3 + NH3 CH2 =CH-CN + 3H2 G 0 H2 + O2 H2O G 0 總反應(yīng) G 0 0-2 物理化學(xué)的形成背景、發(fā)展和前景8/9/202216緒 論近代

9、物理化學(xué)的發(fā)展趨勢和特點(diǎn) 從宏觀到微觀 從體相到表象 從靜態(tài)到動(dòng)態(tài) 從定性到定量 從單一學(xué)科到邊緣學(xué)科 從平衡態(tài)的研究到非平衡態(tài)的研究0-2 物理化學(xué)的形成背景、發(fā)展和前景8/9/202217緒 論.科學(xué)的研究方法：先觀察客觀現(xiàn)象，或是在一定條件下重現(xiàn)自然現(xiàn)象（實(shí)驗(yàn)） 其次是從大量的科學(xué)實(shí)驗(yàn)事實(shí)和生產(chǎn)實(shí)踐的知識，進(jìn)行分析、總結(jié)出它的規(guī)律性，并以一定的形式表達(dá)出來，這就是定律。 為了解釋這種定律的內(nèi)在原因，就需要根據(jù)已知的實(shí)驗(yàn)事實(shí)和實(shí)際知識，通過歸納思維，提出假說來說明這種規(guī)律存在的內(nèi)在原因，并根據(jù)假說的演繹推理，預(yù)測客觀事物新的現(xiàn)象和規(guī)律，若這種預(yù)測能為多方面的實(shí)踐所證實(shí)，則這種假說就成為理論

10、。在經(jīng)驗(yàn)定律的基礎(chǔ)上，通過演繹的方法，得出一般性的規(guī)律。（高度的普適性和可靠性）0-物理化學(xué)的研究方法8/9/202218緒 論2具體的研究方法 （1）熱力學(xué)方法 （2）統(tǒng)計(jì)力學(xué)方法 （3）量子力學(xué)方法 綜合應(yīng)用微觀與宏觀的研究方法。0-物理化學(xué)的研究方法8/9/202219緒 論熱力學(xué)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(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。0-物理化學(xué)的研究方法8/9/202220緒 論統(tǒng)計(jì)力學(xué)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(dòng)的平均結(jié)果，從而解釋宏

11、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。0-物理化學(xué)的研究方法8/9/202221緒 論 學(xué)習(xí)不僅要獲取一定的知識，更重要的是要培養(yǎng)獲取知識的能力。 能力的培養(yǎng)不可能通過某一門課程的學(xué)習(xí)就能培養(yǎng)出來，而是要通過各門課程和各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，逐步培養(yǎng)而形成的一種綜合性的能力。 通過學(xué)習(xí)物理化學(xué)課程，培養(yǎng)用物理化學(xué)的觀點(diǎn)和方法來看待化學(xué)中的一切問題的能力。 能用熱力學(xué)的觀點(diǎn)分析一個(gè)化學(xué)反應(yīng)有無可能；用動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)分析其能否實(shí)現(xiàn)；用分子和原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)分析其內(nèi)在

12、原因。0-4 物理化學(xué)學(xué)習(xí)方法8/9/202222緒 論1、注意基本原理、基本定律、基本公式2、注意數(shù)學(xué)推理和公式的使用條件要明確每一章的主要內(nèi)容，主要解決什么問題，采用什么方法，引出什么定律，有什么用途，公式的使用條件是什么。這些問題在開始學(xué)習(xí)時(shí)，可能還不太清楚，但學(xué)完一章后，應(yīng)該理出個(gè)頭緒。對于公式的推導(dǎo)要求理解，要注意公式的使用條件，物理意義，注意章節(jié)之間的聯(lián)系，要學(xué)會(huì)把原書讀薄。 具體措施：0-4 物理化學(xué)學(xué)習(xí)方法8/9/202223緒 論3、重視習(xí)題習(xí)題是培養(yǎng)獨(dú)立思考問題和解決問題能力的重要手段，只有通過習(xí)題可以檢查你對課程內(nèi)容的理解程度或加深對課程內(nèi)容的理解，只有多做習(xí)題才能見多識

13、廣，熟能生巧，提高和培養(yǎng)分析和解決問題的能力。 4、活躍的思維0-4 物理化學(xué)學(xué)習(xí)方法8/9/202224緒 論 因此，作為一名中學(xué)化學(xué)教師，要想教好化學(xué)課，傳授好教材中有關(guān)的知識，就必須對教材內(nèi)容有較全面和深入的理解。因?yàn)橹挥凶龅竭@一點(diǎn)，才有可能在傳授書本知識過程的同時(shí)，又能啟發(fā)學(xué)生的思維，發(fā)展學(xué)生的智能，讓學(xué)生掌握獲取知識的途徑和方法，并能善于應(yīng)用所學(xué)知識解釋某些現(xiàn)象和解決一些實(shí)際問題，做到舉一反三。而學(xué)好物理化學(xué)，不僅會(huì)幫助我們對中學(xué)化學(xué)教材全面，深入的理解，而且也會(huì)對無機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)等課程的有關(guān)內(nèi)容，從理論高度給與更深入地闡述。 0-5 物理化學(xué)和中學(xué)化學(xué)教學(xué) 物理化學(xué)從物理與化學(xué)的聯(lián)系入手，著重研究更具有普遍性的，更本質(zhì)的化學(xué)運(yùn)動(dòng)的內(nèi)在規(guī)律性 。8/9/202225緒 論0-5 物理化學(xué)和中學(xué)化學(xué)教學(xué)1、中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)常用到硫酸和乙醇試劑，通常硫酸的濃度是95-98%，乙醇的濃度是95%，為什么 不是100%？2、乙二醇的凝固點(diǎn)是261.7K, 而60%乙二醇的水溶液的凝固點(diǎn)是224.2K（相差37度）。為什么兩者的凝固點(diǎn)相差這么大？3、用電化學(xué)保護(hù)法來防止金屬腐蝕的基本原理是