物理化学在化学学科的地位.ppt

物理化学,物理化学在化学学科的地位,化学科学好比一个巨人，则无机化学是巨人赖以站起来的双足，有机化学是它灵巧的双手，分析化学是其敏税的眼睛，物理化学是它智慧的大脑。,一、为什么要学习物理化学？,绪论 Introduction,如设计一个合成（化工产品、特殊材料或农产品）实验，首先要搞清楚以下问题：,用什么样的原料（反应的可能性)；用什么方法生产（反应过程的实现）；生产工艺参数（反应压力、温度、浓度、原料比）的确定；在可能条件下，产品能达到的纯度（平衡转化率和产率）；反应的速率(单位时间的产量)如何；产品的提纯工艺（精馏、结晶、萃取等）确定。,根据可持续发展战略，在考虑实际生产设计时要遵循以下原则：,绿色化学；“原子经济性”；无毒、无害催化剂；“零排放”；物质的综合利用和能源的综合利用。,物理化学可提供解决上述问题的基本方法和原则。,物理化学在生活中的表现:,（1）小液滴、气泡和肥皂泡等都有呈球形的趋势,晶莹剔透的露珠,（2）面粉厂为什么要防火？面粉也会爆炸吗？,黑龙江省哈尔滨市的一个纺织厂的亚麻车间粉尘爆炸,（3）种类繁多的电池,（4）人工降雨原理?,（5）钢铁在潮湿的空气中很快被腐蚀,（6）冬天冰冻天气时，为何在路上洒盐？,（7）有机物蒸馏时加沸石或废瓷石以防止暴沸？,（8）夏天将室内电冰箱门打开可以降低室温吗？,解决问题,1、冻葱干燥问题-相图,2、人工降雨冰晶的大小问题-表面现象,3、超（亚）临界低温萃取技术-相图,4、人工钻石的形成条件-热力学,二、什么是物理化学?,化学反应,原子、分子间的分离与组合,热,电,光,磁,温度变化,压力变化,体积变化,化学,物理学,密不可分,相态变化,物理化学,用物理的理论和实验方法,研究化学变化的本质与规律,物理现象,化学现象,物理化学是从研究物理现象和化学现象之间的相互联系入手，探索化学变化中最具普遍性的基本规律和方法的一门学科。,物理化学又称为理论化学。,物理化学是化学以及在分子层次上研究物质变化的其他学科领域的理论基础。,三、物理化学的主要研究内容有哪些？,化学热力学量子化学和结构化学统计热力学化学反应动力学,(1)化学热力学,解决能量衡算、过程（pVT变化、相变化和化学变化）的方向和限度的判据，主要包括热力学第一、二、三定律和相平衡、化学平衡有关规律，它也包括界面和电化学热力学。,(2)量子化学和结构化学,在微观世界里，能量是量子化的，有波粒二象性和不确定关系等，量子化学和结构化学探讨了原子结构、分子结构，得到了性质与结构的内在联系，对简单粒子精度较高。,(3)统计热力学,宏观性质是微观性质的统计表现，用统计学原理，从粒子的微观热力学量可以求取大量粒子组成的宏观系统的热力学性质，对于简单系统可得出较满意的结果。,(4)化学反应动力学,研究各种因素（浓度、温度、催化剂、光、微波、电等）对反应速率的影响以及反应机理。,我们可以看出：,化学热力学是解决物质变化的可能性化学动力学是解决如何把可能性变为现实,工艺路线、流程设计设备选型的依据,目前物理化学的主要分支：,界面化学,热化学,电化学,化学热力学,四、物理化学的建立与发展,18世纪开始萌芽：,从燃素说到能量守恒与转化定律。,俄国科学家罗蒙诺索夫(17111765)最早使用“物理化学”这一术语。,1887年德国科学家W.Ostwald和荷兰科学家J.H.vant Hoff 合办的物理化学杂志(德文）创刊,W.Ostwald(18531932),J.H.vant Hoff(18521911),标志着物理化学成为一门独立学科,只有深入到微观，研究分子、原子层次的运动规律，才能掌握化学变化的本质和结构与物性的关系。,(1)从宏观到微观,宏观,(看得见的物体),20世纪中叶后发展趋势和特点：,(2)从体相到表相,在多相系统中，化学反应总是在表相上进行。随着测试手段的进步，了解表相反应的实际过程，推动表面化学和多相催化的发展。,(3)从静态到动态,热力学研究方法是从静态利用热力学函数判断变化的方向和限度，但无法给出变化的细节。,激光技术和分子束技术的出现，可以真正地研究化学反应的动态问题。,分子反应动力学已成为非常活跃的学科。,(4)从定性到定量,随着计算机技术的飞速发展，大大缩短了数据处理的时间，并可进行自动记录和人工拟合。,使许多以前只能做定性研究的课题现在可进行定量监测，做原位反应，如：,利用计算机还可以进行模拟放大和分子设计。,(5)从单一学科到边缘学科,化学学科内部及与其他学科相互渗透、相互结合，形成了许多极具生命力的边缘学科，如：,平衡态热力学只研究平衡态和可逆过程的系统，主要研究封闭系统或孤立系统。,(6)从平衡态的研究到非平衡态的研究,对处于非平衡态的敞开系统的研究更具有实际意义。自1960年以来，逐渐形成了非平衡态热力学这个学科分支。,Prigogine对非平衡态热力学有突出贡献，这个学科分支成为当前理论化学的研究前沿之一。,五.物理化学研究最新进展,1.研究技术的进展（1）时间分辨技术：如飞秒激光技术；（2）空间分辨技术：扫描显微、AFM、STM等，“看”到原子、分子识别技术；（3）光谱分辨技术；（4）分子运动控制技术：生物芯片；（5）超高压技术：超常性质发现；,（6）超低温技术：超导体、第三定律发现；（7）超高真空技术：蛋白质晶体生长，细胞培养；（8）超失重技术：新的合金制备；（9）超高温技术（氢弹的研究、原子弹的研究）（10）纳米技术：材料性能的提高；（11）激光技术：点燃核聚变、同位素分析。,2.重要理论研究进展（1）量子化学理论（2）催化理论（过渡态理论）（3）反应的态态机理,3.新的分支（应用）材料物理化学（冶金物理化学、硅酸盐物理化学）地球物理化学宇宙物理化学生物物理化学环境物理化学应用于新材料、新能源的开发等,六、物理化学的研究方法,采用归纳法和演绎法这一对逻辑方法。,按照“实践认识再实践再认识”的形式，往复循环以至无穷。,常用的研究方法有：,实验的方法、归纳和演绎的方法、模型化方法、理想化方法、假设的方法、数学的统计处理方法等等。,七、物理化学课程的学习方法,（1）扩大知识面，打好专业基础,（2）提高自学能力，培养独立工作能力,1.抓住每章重点;,2.掌握主要公式的物理意义和使用条件;,3.课前自学，认真做笔记，及时复习;,4.注意章节之间的联系，做到融会贯通;,5.重视做习题，培养独立思考的能力，检查自 己对课程内容的掌握程度。,