物理化學(xué)課件緒論

物理化學(xué)課件緒論物理化學(xué)課件緒論物理化學(xué)課件緒論什么是物理化學(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(lái)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-----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(guó)大百科全書（唐有祺）----物理化學(xué)是研究化學(xué)學(xué)科中的原理和方法,研究化學(xué)體系行為最一般規(guī)律和理論的學(xué)科,是化學(xué)的理論基礎(chǔ)。---自然科學(xué)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略調(diào)研報(bào)告---12/11/2020物理化學(xué)課件緒論物理化學(xué)課件緒論物理化學(xué)課件緒論什么是物理化1什么是物理化學(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(lái)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-----

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(guó)大百科全書（唐有祺）----

物理化學(xué)是研究化學(xué)學(xué)科中的原理和方法,研究化學(xué)體系行為最一般規(guī)律和理論的學(xué)科,是化學(xué)的理論基礎(chǔ)。

---自然科學(xué)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略調(diào)研報(bào)告---9/12/2023什么是物理化學(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)2用物理的理論,實(shí)驗(yàn)方法和數(shù)學(xué)知識(shí)揭示本質(zhì)與規(guī)律物理現(xiàn)象化學(xué)現(xiàn)象用物理的理論,實(shí)驗(yàn)方法和數(shù)學(xué)知識(shí)揭示本質(zhì)與規(guī)律物理現(xiàn)象化學(xué)現(xiàn)3物理化學(xué)的建立與發(fā)展十八世紀(jì)開始萌芽：從燃素說(shuō)到能量守恒與轉(zhuǎn)化定律。俄國(guó)科學(xué)家羅蒙諾索夫最早使用“物理化學(xué)”這一術(shù)語(yǔ)。十九世紀(jì)中葉形成：1887年俄國(guó)科學(xué)家W.Ostwald1853～1932）和荷蘭科學(xué)家J.H.van’tHoff（1852～1911）合辦了第一本“物理化學(xué)雜志”（德文）。二十世紀(jì)迅速發(fā)展：新測(cè)試手段和新的數(shù)據(jù)處理方法不斷涌現(xiàn)，形成了許多新的分支學(xué)科，如：熱化學(xué)，化學(xué)熱力學(xué)，電化學(xué)，溶液化學(xué)，膠體化學(xué)，表面化學(xué)，化學(xué)動(dòng)力學(xué)，催化作用，量子化學(xué)和結(jié)構(gòu)化學(xué)等。物理化學(xué)的建立與發(fā)展十八世紀(jì)開始萌芽：從燃素說(shuō)到能量守恒與轉(zhuǎn)4物理化學(xué)的目的和內(nèi)容目的

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(wèn)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)。研究?jī)?nèi)容：(1)

化學(xué)變化的方向和限度問(wèn)題—化學(xué)熱力學(xué)(2)

化學(xué)反應(yīng)的速率和機(jī)理問(wèn)題—化學(xué)動(dòng)力學(xué)(3)統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)(4)

物質(zhì)的性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系問(wèn)題—量子化學(xué)

物理化學(xué)的目的和內(nèi)容目的物理化學(xué)主要是為了解決生產(chǎn)實(shí)際5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(shí)研究反應(yīng)中間體的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性；無(wú)機(jī)化學(xué)家應(yīng)用熱力學(xué)原理研究無(wú)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。6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(shí)研究反應(yīng)

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，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)原理去研究新的材料合成反應(yīng)等。7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)原理研究生物能物理化學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)和特點(diǎn)(1)從研究宏觀到微觀(2)從研究體相到表相(3)從研究定性到定量(4)從研究線性到非線性(5)從研究平衡態(tài)到研究非平衡態(tài)(6)從研究靜態(tài)到動(dòng)態(tài)9/12/2023物理化學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)和特點(diǎn)(1)從研究宏觀到微觀(2)從研究體8物理化學(xué)課程的學(xué)習(xí)方法(2)重視重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)記憶,如概念定律公式,注意各個(gè)章節(jié)融會(huì)貫通(3)多做習(xí)題，學(xué)會(huì)解題方法。很多東西只有通過(guò)解題才能學(xué)到，不會(huì)解題，就不可能掌握物理化學(xué)。(1)課前自學(xué)，課后復(fù)習(xí)，勤于思考。物理化學(xué)課程的學(xué)習(xí)方法(2)重視重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)記憶,如概念定律公9美國(guó)著名物理化學(xué)教授賴文曾說(shuō)過(guò)：如果試圖只通過(guò)閱讀教科書而不做習(xí)題的辦法來(lái)學(xué)習(xí)物理化學(xué)，其效果就如同為了改善體質(zhì)只閱讀一本身體保健的書，而不做所建議的體育鍛煉一樣。諾貝爾獲得者西儂曾說(shuō)：優(yōu)秀的學(xué)生……做完一道題后返回去問(wèn)：為什么我做了這么長(zhǎng)時(shí)間？我最后發(fā)現(xiàn)的通向正確道路的線索是什么？以后再遇到同類的問(wèn)題怎樣才能盡快的解出？這樣就學(xué)會(huì)了解題的方法。因此，很多東西是通過(guò)解題之后才學(xué)到的。美國(guó)著名物理化學(xué)教授賴文曾說(shuō)過(guò)：如果試圖只通過(guò)閱讀教科書而不10教學(xué)課時(shí)安排教學(xué)課時(shí)安排11考核方式和參考書1、《物理化學(xué)》（上、下）南京大學(xué)，傅獻(xiàn)彩等編2、《物理化學(xué)》上、下冊(cè)天津大學(xué)（第四版）3、《物理化學(xué)解題指導(dǎo)》南京大學(xué)，孫德坤等編4、《物理化學(xué)-概念辨析解題方法》中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，范崇正等編考核方式采用閉卷考試，綜合平時(shí)成績(jī)（包括實(shí)驗(yàn)、平時(shí)紀(jì)律、作業(yè)，40%）和期末考試成績(jī)（60%）給出總評(píng)成績(jī)。參考書考核方式和參考書1、《物理化學(xué)》（上、下）南京大學(xué)，傅獻(xiàn)12第一章氣體低壓氣體的p-V-T關(guān)系理想氣體的狀態(tài)方程與微觀模型中高壓氣體的p-V-T關(guān)系氣體的液化及臨界狀態(tài)第一章氣體低壓氣體的p-V-T關(guān)系13氣體理想氣體實(shí)際氣體狀態(tài)方程分壓及分體積定律狀態(tài)方程液化及臨界現(xiàn)象氣體理想氣體實(shí)際氣體狀態(tài)方程分壓及分體積定律狀態(tài)方程液化及臨14壓力：由于分子熱運(yùn)動(dòng),氣體分子與容器壁碰撞,對(duì)器壁產(chǎn)生作用力。單位器壁面積所受的力稱為壓力.p,單位帕斯卡(Pa)溫度：溫度是定量反映氣體冷熱程度的物理量。T,單位開爾文(K)(K氏溫度與攝氏溫度換算)

氣體體積：氣體所占空間的大小。V,單位立方米(m3)9/12/2023壓力：由于分子熱運(yùn)動(dòng),氣體分子與容器壁碰撞,對(duì)器壁產(chǎn)15理想氣體狀態(tài)方程

pV=nRT

pVm=RT

單位：pPa

V

m3

T

K

n

mol

R

Jmol-1K-1

R

摩爾氣體常數(shù)R＝8.314510Jmol-1K-1

9/12/2023理想氣體狀態(tài)方程pV=nRT16

理想氣體的定義及其微觀模型理想氣體:凡在任何溫度,壓力下均服從理想氣體狀態(tài)方程的氣體稱為理想氣體.理想氣體的兩個(gè)特征:(1)分子本身不占有體積;(2)分子間無(wú)相互作用.理想氣體狀態(tài)方程近似適用于低壓實(shí)際氣體.易液化氣體的適用壓力范圍較窄,難液化氣體則相對(duì)較寬.00-7-2217理想氣體的定義及其微觀模型理想氣體:凡在任何溫度,壓

實(shí)際氣體實(shí)際氣體實(shí)際氣體：分子之間有相互作用力，分子本身具有體積的氣體壓縮因子引入來(lái)定量描述真實(shí)氣體的行為與理想氣體的偏離程度：

壓縮因子的定義為：實(shí)際氣體實(shí)際氣體實(shí)際氣體：分子之間有相互作用力，分子本身具18理想氣體狀態(tài)方程式僅在足夠低的壓力下適合于真實(shí)氣體。描述實(shí)際氣體pVT關(guān)系的狀態(tài)方程近200種，大致分為兩類（1）考慮了物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，推導(dǎo)出的方程（2）經(jīng)驗(yàn)、半經(jīng)驗(yàn)的狀態(tài)方程共同特點(diǎn)（1）p→0

，均可還原為理想氣體狀態(tài)方程（2）方程中均含有若干個(gè)反映各氣體不同性質(zhì)的特性參數(shù)中高壓氣體p-V-T關(guān)系的處理方法理想氣體狀態(tài)方程式僅在足夠低的壓力下適合于真實(shí)氣體。描述實(shí)際19范德華方程

理想氣體狀態(tài)方程pVm=RT實(shí)質(zhì)為：（分子間無(wú)相互作用力時(shí)氣體的壓力）×（1mol氣體分子的自由活動(dòng)空間）＝RT.因此，可以從這兩個(gè)方面進(jìn)行修正，得到范德華方程(1)體積修正

實(shí)際氣體摩爾體積因分子本身體積的存在，可壓縮空間減小。1mol氣體的可壓縮空間以(Vm-b)表示。

b為一范氏常數(shù)，恒為正值，其大小與氣體性質(zhì)決定。一般情況下，氣體本身體積越大，b值也越大。對(duì)體積修正后，p(Vm-b)=RT。9/12/2023范德華方程理想氣體狀態(tài)方程pVm=RT實(shí)質(zhì)為：（20（2)壓力修正器壁內(nèi)部分子靠近器壁的分子分子間相互作用減弱了分子對(duì)器壁的碰撞，所以：p=p理－p內(nèi)

p內(nèi)=a/Vm2

p理=p+p內(nèi)=p+a/Vm29/12/2023（2)壓力修正器壁內(nèi)部分子靠近器壁的分子分子間相互作用減弱21a為范氏常數(shù)，其值與各氣體性質(zhì)有關(guān)，均為正值。一般情況下，分子間作用力越大，a值越大。

將修正后的壓力和體積項(xiàng)引入理想氣體狀態(tài)方程：

范德華方程a,b見附表（1-1）b：1mol分子自身所占體積,數(shù)值上粗略等于該氣體物質(zhì)的液體摩爾體積.9/12/2023a為范氏常數(shù)，其值與各氣體性質(zhì)有關(guān)，均為正值。一般情況下，分22幾點(diǎn)說(shuō)明1)

a、b為范氏常數(shù)，恒為正值，其值由實(shí)驗(yàn)測(cè)得。2)

范氏方程是半經(jīng)驗(yàn)、半理論方程，因其考慮了實(shí)際氣體與理想氣體的本質(zhì)區(qū)別，其精度優(yōu)于理想氣體方程pV=nRT。3)是一種實(shí)際氣體pVT行為的數(shù)學(xué)模型，而實(shí)際情況遠(yuǎn)比范德華所考慮情況復(fù)雜多。

一般情況下，范氏方程只能滿足幾十標(biāo)準(zhǔn)壓力下氣體的PVT性質(zhì)的描述。9/12/2023幾點(diǎn)說(shuō)明1)

a、b為范氏常數(shù)，恒為正值，其值由實(shí)驗(yàn)測(cè)得。223壓縮因子法由Z的定義式可知,pV=ZnRT維里方程pVm=RT(1+B/Vm+C/Vm2+D/Vm3+

)壓縮因子法由Z的定義式可知,維里方程pVm=RT(1+B/V24實(shí)際氣體分子間存在吸引力,從而能發(fā)生一種理想氣體不可能發(fā)生的變化——液化.任何氣體都會(huì)在一定溫度時(shí)液化.液氮的沸點(diǎn)是－196℃Br2(g)冷卻發(fā)生液化.液化現(xiàn)象表明Br2分子在氣相時(shí)就不具有零體積.氣體的液化與液體的飽和蒸汽壓00-7-2225實(shí)際氣體分子間存在吸引力,從而能發(fā)生一種理想氣體不可能發(fā)生氣體的液化一般需要降溫和加壓.降溫可減小分子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的離散傾向,加壓則可以縮小分子間距從而增大分子間引力.由于加壓增大分子間引力是有一定限度的(超過(guò)一定程度分子間排斥力將起主導(dǎo)作用),故液化的發(fā)生要求分子熱運(yùn)動(dòng)的離散傾向也不能超過(guò)一定限度,即對(duì)氣體的溫度有最高限定.臨界溫度Tc:氣體加壓液化所允許的最高溫度.臨界壓力pc:氣體在臨界溫度下液化所需要的最小壓力.臨界體積Vc:物質(zhì)在臨界溫度,臨界壓力下的摩爾體積.Tc,pc,Vc總稱為氣體的臨界參數(shù),是物質(zhì)的一種特性參數(shù).00-7-2226氣體的液化一般需要降溫和加壓.降溫可減小分子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的離

超臨界流體,它既不屬于氣體,也不屬于液體,氣液界面消失,它的密度可以在氣體和液體密度之間任意調(diào)變,并且在臨界點(diǎn)附近,壓力的微小變化就能夠?qū)е旅芏鹊木薮笞兓?它的許多物理化學(xué)性質(zhì)介于氣體和液體之間，并具有兩者的優(yōu)點(diǎn)，如具有與液體相近的溶解能力和傳熱系數(shù)，具有與氣體相近的黏度系數(shù)和擴(kuò)散系數(shù)。超臨界流體廣泛用于萃取和藥物的合成分析等方面.超臨界流體,它既不屬于氣體,也不屬于液體,氣液界面消27h

水蒸氣壓力很低，容器內(nèi)充滿水蒸氣i

逐漸增加活塞上的壓力，氣體被壓縮，體積減