物理化学绪论.ppt

物 理 化 学,傅献彩 沈文霞 姚天扬 侯文华 编,第五版,高等教育出版社,南京大学化学化工学院,问题的提出：,（1）小液滴、气泡和肥皂泡等都有呈球形的趋势？,（2）面粉也会爆炸吗？,（3）“锄地保墒”的科学道理？,（4）有机物蒸馏时加沸石或废瓷石以防止暴沸？,（5）真金真的不怕火吗？,（6）花妆品的作用?,绪 论,0.1 物理化学的建立与发展,0.2 物理化学的目的与内容,0.3 物理化学的研究方法,0.4 物理化学课程的学习方法,0.1 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。,钻木取火（古代）火箭实验（北宋）,0.1 物理化学的建立与发展,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),德国物理化学家，1853年9月2日生于俄国拉脱 维亚的小乡村里加。一生共著书77种，发表 300多篇论文。主要贡献：（1）支持阿累尼乌斯的电解质电离理论，并提出自己的稀释定律；用电离平衡理论解释了酸碱指示剂的变色机理；（2）研究了酸的电导率，溶液的粘滞性，纯水的电离等；（3）提出关于催化剂的现代观点，完成了使氨发生氧化，生成氧化氮的研究工作并创立了新的颜色理论，著有颜色学。,奥斯特瓦尔德（Friedrich Wilhelm Ostwald）,荷兰化学家，1852年8月30日生于鹿特丹一个医生家庭,阿姆斯特丹大学化学、矿物学、和地质学教授，荷兰皇家学会会员，柏林科学院院士等。主要贡献：（1）首先提出碳正四面体构型的立体概念，弄清了有机物旋光异构的原因，开辟了立体化学的新领域；（2）发展近代溶液理论，如渗透压、凝固点、沸点和蒸气压理论；（3）应用相律研究盐的结晶过程；（4）与奥斯特瓦尔德一起创办了物理化学杂志。,范霍夫（Jacobus Henricus vant Hoff）,0.1 物理化学的建立与发展,20世纪前期迅速发展,界面化学,热化学,电化学,化学热力学,新测试手段和新数据处理方法不断涌现。,形成了许多新的分支领域，如：,0.1 物理化学的建立与发展,20世纪中叶后发展趋势和特点：,(1)从宏观到微观,(2)从体相到表相,(4)从定性到定量,(5)从单一学科到边缘学科,(6)从平衡态的研究到非平衡态的研究,(3)从静态到动态,二十世纪迅速发展：新测试手段和新的数据处理方 法不断涌现，形成了许多新的 分支学科，如：热化学，化学 热力学，电化学，溶液化学，胶体化学，表面化学，化学动 力学，催化作用，量子化学和 结构化学等。,黄子卿 李远哲 唐有祺 徐光宪 查全性 田昭武 田中群 李灿,0.1 物理化学的建立与发展,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),0.1 物理化学的建立与发展,(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。,0.1 物理化学的建立与发展,(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。,0.1 物理化学的建立与发展,(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。,0.1 物理化学的建立与发展,(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：,0.1 物理化学的建立与发展,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。,0.2 物理化学的目的和内容,什么是物理化学?,研究所有物质系统的化学行为的原理、规律和方法的学科。,涵盖从宏观到微观与性质的关系、规律、化学过程机理及其控制的研究。,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。,黄子卿的定义：物理化学是从物理现象和化 学现象的联系找出物质变化的基本原理的一 种科学。唐有祺的定义：物理化学是化学学科中的 一个重要学科，它借助数学、物理学等基 础科学的理论及其提供的实验手段，研究化学科学中的原理和方法，研究化学体系行为最一般的宏观、微观规律和理论的学科，是化学的理论基础。,0.2 物理化学的定义,0.2 物理化学的目的和内容,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,0.2 物理化学的目的和内容,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,0.2 物理化学的目的和内容,物理化学主要研究,（1）化学变化的方向和限度问题,各种因素如温度、压力和浓度等对化学变化的影响等。这类问题属于化学热力学的范畴。,（2）化学反应的速率和机理问题,外界条件如温度、压力、浓度和催化剂等对反应速率的影响。这属于化学动力学的范畴。,（3）物质结构与性能之间的关系,研究这类问题有结构化学和量子化学两个分支,化学热力学从物质变化的能量效应研究变化的方向与限度,即研究系统平衡问题,化学动力学研究各种因素对化学反应速率的影响规律及反应机理,结构化学研究微观粒子结构及其运动规律,揭示物质变化的内在原因.另设课,例如：热力学预示,化学热力学：指定条件下一化学反应能不能进行，向什么方向进行，进行到什么程度，以及预示某一过程的最高转化率。,凡此种种不但可以避免浪费人力物力去进行异想天开的尝试，也能为合理设计科学实验或增加生产、改进工效提供可靠的依据。,反应动力学：一化学反应的速率究竟有多快？反应是经历什么样的机理进行的，外界条件对反应速率有什么影响？怎样才能有效地控制化学反应，抑制副反应的发生使之按我们所需要的什么方向进行，等等。,化学热力学：,印永嘉教授说：“无机化学是化学的四肢，有机化学是化学的驱体，分析化学是化学的眼睛，而物理化学是化学的灵魂”。“没有物理化学知识的人，不能说懂得化学”。,0.2 物理化学的目的和内容,例如：学习无机化学时，元素周期律起很大作用，但只有在学习了物质结构之后，才能对周期律的本质和内在规律给出更深刻的揭示。,0.3 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。,0.4 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。,0.4 物理化学课程的学习方法,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。,经验之谈：,物理化学不难学！物理化学是方法论！物理化学是一种思维训练！物理化学是基本科研素质的培养！,有人讲：“学习过了无机化学、有机化学、当一个中学化学教师没有问题了，物理化学可以不学。”这样的人，只能当一名一般的中学化学教师，不能成为一个合格的中学化学教师，更不能成为一个优秀中学化学教师。,0.4 物理化学课程的学习方法,1.数值和单位缺一不可量纲相同者才可用加、减、等号相连 量纲:长度;时间;质量;热力学温度；物质的量 单位:m;s;kg；K；mol3.lnx 和 ex 中的x为纯数(量/单位,ln(T/K)4.采用国际单位制5.用纯数列表、作图(量/单位,T/K),物理量=数值 单位,0.5 物理化学中的量和单位,列表：,表1,的,作图：取对数,对,作图。,图1,