《大學(xué)物理化學(xué)》課件

大學(xué)物理化學(xué)歡迎來(lái)到大學(xué)物理化學(xué)課程。本課程將帶您深入探索物質(zhì)世界的基本原理和規(guī)律，從微觀到宏觀，從理論到應(yīng)用。物理化學(xué)的歷史發(fā)展1古代時(shí)期煉金術(shù)和早期化學(xué)實(shí)驗(yàn)的萌芽。218-19世紀(jì)熱力學(xué)和化學(xué)動(dòng)力學(xué)理論的建立。320世紀(jì)量子力學(xué)的應(yīng)用推動(dòng)物理化學(xué)快速發(fā)展。4現(xiàn)代計(jì)算化學(xué)和納米技術(shù)引領(lǐng)新方向。物質(zhì)的狀態(tài)和相變固態(tài)分子運(yùn)動(dòng)受限，具有固定形狀和體積。液態(tài)分子可自由流動(dòng)，具有固定體積但無(wú)固定形狀。氣態(tài)分子運(yùn)動(dòng)劇烈，既無(wú)固定形狀也無(wú)固定體積。熱力學(xué)第一定律能量守恒能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。系統(tǒng)內(nèi)能系統(tǒng)內(nèi)能的變化等于系統(tǒng)吸收的熱量與系統(tǒng)對(duì)外做功之差。數(shù)學(xué)表達(dá)ΔU=Q-W，其中ΔU為內(nèi)能變化，Q為熱量，W為功。熱力學(xué)第二定律熱量傳遞方向熱量總是自發(fā)地從高溫物體傳向低溫物體。熵增原理在自發(fā)過(guò)程中，系統(tǒng)的熵總是增加的。熱機(jī)效率任何熱機(jī)都不可能將熱量完全轉(zhuǎn)化為功。熵和自由能熵（S）系統(tǒng)混亂程度的度量。熱力學(xué)第三定律定義了絕對(duì)零度時(shí)的熵。自由能（G）衡量系統(tǒng)做功能力的熱力學(xué)函數(shù)。G=H-TS，其中H為焓，T為溫度?；瘜W(xué)平衡1平衡常數(shù)反應(yīng)物和生成物濃度比的常數(shù)值。2勒夏特列原理平衡受到擾動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)移向新平衡。3溫度影響溫度改變會(huì)影響平衡常數(shù)。4壓力影響壓力變化影響氣相反應(yīng)平衡。溶液性質(zhì)依數(shù)性溶液性質(zhì)與溶質(zhì)粒子數(shù)有關(guān)，與溶質(zhì)本性無(wú)關(guān)。膠體介于真溶液和懸浮液之間的分散系。理想溶液遵循拉烏爾定律的溶液。非理想溶液偏離拉烏爾定律的溶液，如電解質(zhì)溶液。電化學(xué)電池通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能的裝置。電解利用電能驅(qū)動(dòng)非自發(fā)化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程。腐蝕金屬在環(huán)境中發(fā)生的電化學(xué)氧化反應(yīng)。酸堿平衡1pH值氫離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)。2強(qiáng)酸強(qiáng)堿完全電離的酸堿。3弱酸弱堿部分電離的酸堿。4兩性物質(zhì)既能作酸又能作堿的物質(zhì)。緩沖溶液定義能抵抗pH值變化的溶液，由弱酸（堿）及其共軛堿（酸）組成。原理通過(guò)消耗外加H+或OH-來(lái)維持pH值相對(duì)穩(wěn)定。應(yīng)用廣泛應(yīng)用于生物化學(xué)、醫(yī)藥和工業(yè)生產(chǎn)中。緩沖能力由緩沖溶液的濃度和組分比例決定。螯合反應(yīng)螯合物由中心金屬離子和多齒配體形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。穩(wěn)定性螯合物通常比普通配合物更穩(wěn)定。應(yīng)用用于分析化學(xué)、環(huán)境治理和醫(yī)學(xué)診斷?；瘜W(xué)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)速率單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度的變化。反應(yīng)級(jí)數(shù)反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度的數(shù)學(xué)關(guān)系。活化能反應(yīng)發(fā)生所需的最小能量。反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)過(guò)程中的詳細(xì)步驟。反應(yīng)速率理論碰撞理論反應(yīng)發(fā)生需要反應(yīng)分子有效碰撞。碰撞頻率和能量都很重要。過(guò)渡態(tài)理論反應(yīng)經(jīng)過(guò)一個(gè)高能過(guò)渡態(tài)?；罨瘡?fù)合物的形成是反應(yīng)的關(guān)鍵步驟。催化反應(yīng)1催化劑能改變反應(yīng)速率但不改變反應(yīng)平衡的物質(zhì)。2均相催化催化劑與反應(yīng)物在同一相。3多相催化催化劑與反應(yīng)物在不同相。4酶催化生物體內(nèi)的特殊催化劑。量子論概述1能量量子化能量以不連續(xù)的形式存在和轉(zhuǎn)移。2波粒二象性微觀粒子既具有波動(dòng)性又具有粒子性。3測(cè)不準(zhǔn)原理無(wú)法同時(shí)精確測(cè)量粒子的位置和動(dòng)量。4概率解釋波函數(shù)的平方表示粒子出現(xiàn)的概率。原子結(jié)構(gòu)原子核由質(zhì)子和中子組成，攜帶正電荷。電子云描述電子在原子中分布的概率模型。原子軌道電子在原子中可能占據(jù)的空間區(qū)域。化學(xué)鍵理論共價(jià)鍵原子間共用電子對(duì)形成的化學(xué)鍵。離子鍵正負(fù)離子之間的靜電引力。金屬鍵金屬陽(yáng)離子與自由電子之間的作用力。分子間力包括氫鍵、范德華力等較弱的相互作用。分子結(jié)構(gòu)分子幾何分子中原子的空間排列。分子極性分子中電荷分布不均勻?qū)е碌男再|(zhì)。雜化原子軌道重組形成新軌道的過(guò)程。核磁共振波譜原理原子核在磁場(chǎng)中吸收特定頻率電磁波的現(xiàn)象。主要用于有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)分析。應(yīng)用可以提供分子中氫原子和碳原子的化學(xué)環(huán)境信息，幫助確定分子結(jié)構(gòu)。電子光譜1紫外可見(jiàn)光譜研究分子價(jià)電子躍遷。2熒光光譜分析分子發(fā)光特性。3X射線光電子能譜研究原子內(nèi)層電子結(jié)構(gòu)。4拉曼光譜分析分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)。紅外光譜原理基于分子振動(dòng)吸收特定波長(zhǎng)紅外光。特征峰不同官能團(tuán)有特定的吸收峰。應(yīng)用用于有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)鑒定和定量分析。儀器傅里葉變換紅外光譜儀提高了分析效率。質(zhì)譜分析電離樣品分子被電離。加速離子被加速。分離離子根據(jù)質(zhì)荷比分離。檢測(cè)離子被檢測(cè)器捕獲。熱分析技術(shù)DSC測(cè)量樣品吸熱或放熱的熱流變化。TGA測(cè)量樣品在加熱過(guò)程中的質(zhì)量變化。DMA分析材料在應(yīng)力下的機(jī)械性能變化。材料表征技術(shù)顯微技術(shù)包括光學(xué)、電子和原子力顯微鏡。X射線衍射分析晶體結(jié)構(gòu)和相組成。表面分析如XPS和AES等技術(shù)。綠色化學(xué)概念1廢物預(yù)防從源頭減少?gòu)U物產(chǎn)生。2原子經(jīng)濟(jì)性提高反應(yīng)中原料向目標(biāo)產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率。3安全化學(xué)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)低毒低危害的化學(xué)品。4可再生原料優(yōu)先使用可再生資源?？沙掷m(xù)發(fā)展與物理化學(xué)1能源轉(zhuǎn)化開(kāi)發(fā)高效清潔能源技術(shù)。2材料創(chuàng)新設(shè)計(jì)環(huán)境友好的新材料。3污染控制研究污染物降解和回收技術(shù)。4資源循環(huán)探索資源高效利用和循環(huán)方法。實(shí)驗(yàn)室安全個(gè)人防護(hù)正確使用防護(hù)眼鏡、手套等設(shè)備?；瘜W(xué)品處理了解化學(xué)品性質(zhì)，安全存儲(chǔ)和使用。消防安全熟悉滅火器使用和逃生路線。教學(xué)方法與評(píng)估教學(xué)方法理論講授實(shí)驗(yàn)演示小組討論案例分析評(píng)估方式