物化绪论
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物理化学绪论
速率规律——热量、动量和物质的传 递以及化学反应中的各物质的数量随时间 变化的规律。
常温常压也可以合成氨，但为什么要高温高压？
物理化学的框架：
三个层次——微观，从微观到宏观，宏观 两个部分——普遍规律，物质特性 三种方法——实验，经验半经验，理论
本学期内容 下学期内容 结构化学
如何学习物理化学这门课程：
ih
2
(t,r1,L
t
,rN )
N
i 1
h2
8 2m
2i
(
t
,
r1
,L
,rN )
(r1,L ,rN ) (t,r1,L ,rN )
求出波函数远比求解Newton方程困难。
化学变化的根源在于电磁作用，其基本原理就包含 在量子力学中。一般化学研究中经常涉及的是宏观 体系，含有大量分子，除量子力学外，还要借助于 热力学和统计力学。
第一性原理：相互作用+运动方程预言未来
当体系含有大量分子（~1023）时，运动方程非常难 解，但是描述这样的体系反而可能更简单——用热 力学和统计力学描述。
了解一下：
如果用Newton力学去研究一摩尔气体，其实质相 当于求解6.021023个Newton第二定律方程：
mi
d2ri dt 2
Fi
i (r1,r2 ,...,rN ),
物理化学
绪论
物理化学是化学科学中的一个学科，Байду номын сангаас是化学科学的理论基础。物理化学运用物 理学理论和实验方法，研究化学变化、相 变化和pVT变化中的平衡规律和速率规律， 以及这些规律与物质微观结构的关系。
物理学：研究物质与运动基本规律的学科。
物质世界包罗万象，层次繁多：小至基本粒子，大 至宇宙，而一切自然现象都源于物质之间的相互作 用，这些相互作用又可以归结为四种基本作用力： 万有引力（广义相对论），电磁作用力，弱作用力， 强作用力（量子力学，量子电动力学或量子场论）。
常温常压也可以合成氨，但为什么要高温高压？
物理化学的框架：
三个层次——微观，从微观到宏观，宏观 两个部分——普遍规律，物质特性 三种方法——实验，经验半经验，理论
本学期内容 下学期内容 结构化学
如何学习物理化学这门课程：
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i 1
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8 2m
2i
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(r1,L ,rN ) (t,r1,L ,rN )
求出波函数远比求解Newton方程困难。
化学变化的根源在于电磁作用，其基本原理就包含 在量子力学中。一般化学研究中经常涉及的是宏观 体系，含有大量分子，除量子力学外，还要借助于 热力学和统计力学。
第一性原理：相互作用+运动方程预言未来
当体系含有大量分子（~1023）时，运动方程非常难 解，但是描述这样的体系反而可能更简单——用热 力学和统计力学描述。
了解一下：
如果用Newton力学去研究一摩尔气体，其实质相 当于求解6.021023个Newton第二定律方程：
mi
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i (r1,r2 ,...,rN ),
物理化学
绪论
物理化学是化学科学中的一个学科，Байду номын сангаас是化学科学的理论基础。物理化学运用物 理学理论和实验方法，研究化学变化、相 变化和pVT变化中的平衡规律和速率规律， 以及这些规律与物质微观结构的关系。
物理学：研究物质与运动基本规律的学科。
物质世界包罗万象，层次繁多：小至基本粒子，大 至宇宙，而一切自然现象都源于物质之间的相互作 用，这些相互作用又可以归结为四种基本作用力： 万有引力（广义相对论），电磁作用力，弱作用力， 强作用力（量子力学，量子电动力学或量子场论）。
物理化学概述-绪论
现代化学键理论的形成 量子力学的兴起
结构化学形成 量子化学形成
⑶计算化学（Computational chemistry）时期
20世纪60年代，随着大容量高速电子计算机的发展，物理化学 的新生长点诞生——量子化学计算方法的研究。其中严格计算的 从头算方法、半经验计算的全略微分重叠和间略微分重叠等方法 的出现，扩大了量子化学的应用范围，提高了计算精度。
李远哲 J.C.Polanyi
1887年，自物理化学作为一门学科的正式形成后，大体经过了 三个时期的发展。
⑴化学热力学时期
19世纪中后期到20世纪初，物理化学家把热力学第一定律、第二定律 被广泛应用于各种化学体系进行研究，促使化学热力学蓬勃发展。
1867年，美国物理化学家Gibbs 通过对对多相平衡体系的研究提出了 相律。
美国化学家理查德·R·施罗克(Richard R. Schrock )其研究 主要从有机化学及无机化学的角度研究高氧化态金属配合物、相 关的催化反应及其催化机理。因其在烯烃复分解 反应的贡献，成为2005年诺贝尔化学奖获得者之 一。
美国化学家罗杰·科恩伯格(Roger D.Kornberg) 通过一系列的转录相关复合物（RNA聚合酶II、模 板DNA、合成出的mRNA、核苷酸、调控蛋白）的晶 体结构，从分子水平上帮助人们深入地理解真核转 录的分子机制。成为2006年诺贝尔化学奖获得者。
计算化学的发展，使定量的计算扩大到原子数较多的分子，并 加速了量子化学向其它学科的渗透。
1928～1933年，许莱拉斯、詹姆斯和库利奇计 算 He、H2，得到了接近实验值的结果。70 年代 又对它们进行更精确的计算，得到了与实验值几 乎完全相同的结果。
以色列化学家阿龙·切哈诺沃(Aaron Ciechanover)、阿夫拉 姆·赫什科(Avram Hershko)和美国化学家欧文·罗斯（Irwin Rose），在20世纪70—80年代发现泛素调节的蛋白质降解，揭示 了泛素调节的蛋白质降解机理，指明了蛋白质降解研究的方向， 成为2004年诺贝尔化学奖获得者。
物理化学——绪论
足球烯是美国休斯顿赖斯大学的克罗脱 (Kroto,H.W.)和史沫莱(Smalley,R.E.)等人于1985 年提出的。他们用大功率激光束轰击石墨使其气 化，用1MPa压强的氦气产生超声波，使被激光束 气化的碳原子通过一个小喷嘴进入真空膨胀，并 迅速冷却形成新的碳原子，从而得到了C60。C60 的组成及结构已经被质谱、X射线分析等实验所 证明。此外，还有C70等许多类似C60的分子也已 被相继发现。
量子化学: 探讨分子体系的性质,根据计算进 行分子的合理设计(如药物设计、材料设计、 物性预测等)
热力学：非平衡态热力学的发展
美国化学家昂萨格Onsager提出的“倒易关系” 比利时化学家普里高津Prigogine提出的“耗散结构理论”
Onsager和Prigogine分别在1968年和1977年 获Nobel化学奖。
2021/3/15
0.5 物理化学的发展
结构化学: 由阐明分子结构发展到研究物质的 表面结构、内部结构、动态结构 现代波谱技术和衍射分析可分析测定晶体结构， “看到”原子的原子层次分辨
如：1982年诺贝尔化学奖得主A.Klug开创了“晶体电子显 微学”，并用于揭示核酸-蛋白质复合物的结构 1991年诺贝尔化学奖得主R.Ernst用核磁共振谱法研究大 分子在溶液中的动态结构
.W.Ostwald 德国化学家 (1853-1932) 1909年Nobel化学
奖获得者
2021/3/15
J.H.Van't Hoff 荷兰化学家
(1852-1911) 1901年Nobel化学
奖获得者
S.A.Arrhenins 瑞典化学家
(1859--1927) 1903年Nobel化学
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第一章 生物化学绪论
生物化学不仅是一门对生命科学有着指导性的基础
理论学科，也是一门对国民经济有着重要意义之一的应用
学科，主要表现在以下几个方面：
（1）生物化学在工业上的应用
生物化学是食品发酵工业理论基础。
例如：食品工业制酱、酿酒、制醋；纺织工业上棉布浆化； 制革业上的毛皮毛脱脂；
（2）生物化学在农业上应用
生物化学也是农业的基础课。农作物的代谢都离不开生物 化学，以及农作物病虫防治等等。
Biochemistry 或 Biological Chemistry
现译为“生物化学”，简称“生化”。 实用文档
2、生物化学发展与起源
生物化学在18世纪开始萌芽，19世纪
初步发展，20世纪初才成为独立的学科。
首先，起源于法国，由法国传之于德
国，由德国而传到美国和英国。在20世纪
后，再由上述国家流传于其他各国。大约
生物化学
BIOCHEMISTRY
主讲：生物与制药工程学院 申 宁 实用文档
第一章 绪 论
生命与生物化学
实用文档
一 、生命的定义
具有复制的能力 具有催化的能力 具有突变的能力
实用文档
地球充满着生物，从最简单的病毒到菌 藻树草，从鱼虫鸟兽到最复杂的人类， 千姿百态。不同的生物，其形态、生理 特征和对环境的适应能力各不相同，都 经历着生长、发育、衰老、死亡的变化， 都具有繁殖后代的能力。
真核细胞中含有被核膜包着的核
实用文档
真核细胞的结构
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植物细胞的结构
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原核生物：地球上数量最多、分 布最广。代谢系多样性能适应各种 环境。 真核生物：一般为原核细胞的上千 倍～上万倍，有核，其构造与机能 均比原核生物复杂。
物化1(绪论)
1.4 物理化学的发展趋势和特点
(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。
1.4 物理化学的发展趋势和特点
(3) 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，并可进行人工模拟和自动记
录，使许多以前只能做定性研究的课题现在
(5)从平衡态到非平衡态
经典热力学只研究平衡态和封闭系统或孤立系统， 然而对处于非平衡态的开放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。
1.5 物理化学的学习方法
(1)找主线,抓重点。
(2)学会逻辑推导思维方式。 (3)自己动手推导公式。 (4)重视多做习题。 (5)勤于思考。 (6)复习数学和物理。 (7)适当阅读参考书。
1.2 物理化学的研究方法
（1）一般研究方法：遵循“实践—理论—实践”的
认识过程，分别采用归纳法和演绎法，即从众多事实 概括到一般，再从一般推理到个别的思维过程。 （2）特殊研究方法：综合应用微观和宏观的研究方法。 主要有：热力学方法、统计力学方法、量子力学方法 和动力学方法。
1.2 物理化学的研究方法
参考书目：
《物理化学》（第五版），南京大学 ，傅献彩等编
《物理化学简明教程》（第三版），山东大学，印永嘉
《物理化学》（面向21世纪教材）韩德刚编 《物理化学导学》，科学出版社，陈亚芍编
《物理化学习题解答》，北京大学编
《物理化学习题集》，武汉大学编
物理化学
第一章
绪 论
1.1 物理化学的目的和任务 1.2 物理化学的研究方法 1.3 物理化学的建立和发展 1.4 物理化学的发展趋势和特点 1.5 物理化学的学习方法
物化绪论
绪论
有关气体知识的复习
有关数学知识的复习
绪论
§0.1 物理化学的研究对象及其重要意义
§0.2 物理化学的研究方法 §0.3 学习物理化学的方法
绪论
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2
§0.1 物理化学的研究对象及其重要意义
任何一个化学反应总是与各种物理过程相联系: 影响
p V T 变化
伴随着
化学反应
产生 影响
总结规律
( )p,n VT,
即V=C’T
绪论
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14
③ Avogadro定律: 同温同压下，相同体积的气体
含有相同的摩尔数。
V1, n1
V2, n2
V3, n3
( )T,p Vn,
即V=C’’n
条件：压力越低，实验结果与三条经验定律吻合 得越好。
绪论
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15
2. 理想气体状态方程
① 理想气体的规定：在任何温度、压力下都服 从上述经验定律的气体称为理想气体。 ② 什么叫状态方程：能够表示某物质p,V,T之间 相互关系的方程式叫做该物质的状态方程。 ③ 理想气体状态方程：pV=nRT 设 V = f (T, p, n)
绪论
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12
有关气体知识的复习
1.三个经验定律
①R.Boyle定律: 定温时，一定量的气体的体积与
压力成反比。
p1 ,V1
p2,V2
( )T,n V 1/p, 即pV=C
绪论
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13
② Gay-lussac定律: 定压时，一定量的气体的体积
与绝对温度成正比。
V1,T1
V2,T2
绪论
有关气体知识的复习
有关数学知识的复习
绪论
§0.1 物理化学的研究对象及其重要意义
§0.2 物理化学的研究方法 §0.3 学习物理化学的方法
绪论
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2
§0.1 物理化学的研究对象及其重要意义
任何一个化学反应总是与各种物理过程相联系: 影响
p V T 变化
伴随着
化学反应
产生 影响
总结规律
( )p,n VT,
即V=C’T
绪论
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14
③ Avogadro定律: 同温同压下，相同体积的气体
含有相同的摩尔数。
V1, n1
V2, n2
V3, n3
( )T,p Vn,
即V=C’’n
条件：压力越低，实验结果与三条经验定律吻合 得越好。
绪论
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2. 理想气体状态方程
① 理想气体的规定：在任何温度、压力下都服 从上述经验定律的气体称为理想气体。 ② 什么叫状态方程：能够表示某物质p,V,T之间 相互关系的方程式叫做该物质的状态方程。 ③ 理想气体状态方程：pV=nRT 设 V = f (T, p, n)
绪论
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有关气体知识的复习
1.三个经验定律
①R.Boyle定律: 定温时，一定量的气体的体积与
压力成反比。
p1 ,V1
p2,V2
( )T,n V 1/p, 即pV=C
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② Gay-lussac定律: 定压时，一定量的气体的体积
与绝对温度成正比。
V1,T1
V2,T2
绪论
物理化学绪论
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绪
论
Introduction
一、物理化学的定义 二、物理化学的研究内容 三、物理化学的研究方法 四、物理化学的发展趋势 五、物理化学授课安排与要求
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3
绪 论
Cl2
H2
FeCl3 + CuCl2
C2H4Cl2
(精馏塔） 精馏塔） 精馏塔
C 2 H4
(电解槽） 电解槽） 电解槽
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6
绪 论
化学原理 物理 数学
无机化学
有机化学
分析化学
高分子化学
物理化学
传递过程原理
化工原理
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化学工艺
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分离工程
反应工程
末页
7
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绪 论 三、物理化学的研究方法
实践”的认识过程，分别采用归纳法 （1）遵循“实践—理论—实践”的认识过程，分别采用归纳法 遵循“ 和演绎法，即从众多实验事实概括到一般， 再从一般推 演绎法，即从众多实验事实概括到一般， 理到个别的思维过程。 理到个别的思维过程。 （2）综合应用微观与宏观的研究方法，主要有： 综合应用微观与宏观的研究方法，主要有： 热力学方法 统计力学方法 量子力学方法
(反应器） 反应器） 反应器
C2H3Cl
2 (精馏塔） 精馏塔） 精馏塔 氯乙烯生产工艺流程
C H3Cl
(裂解炉） 裂解炉） 裂解炉
反应 反应——可能性，规律与限度，速率 可能性， 可能性 规律与限度， 分离 分离——相平衡，相际扩散，界面现象 相平衡， 相平衡 相际扩散， 物料输送 物料输送——pVT关系 关系
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物理化学(绪论、第一章)
解 将上述数据代人式（3-2） ，得
mRT 0.118g 8.315kPa L mol1 K 1 298K 1 M 16 . 03 g mol pV 73.3kPa 250103 L
所以该气体的相对分子质量为 16。
2. 摩尔气体常数 R
对应不同的单位，R 有不同的数值：
2．化学反应的速率和机理的问题：一个化学反应的速率究 竟有多大？反应是经过什么样的机理（或历程）进行的？ 外界条件（如温度、压力、浓度、催化剂等）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方向和适当的速率进行等等。 研究这一类的问题构成物理化学中的另一部分叫做化学动 力学。它主要解决反应的速率和历程的问题。它的任务就 是把热力学上可能发生的反应变为现实。
可以看出，此方程的变量很多。因此此方程以其变量多、适用范围广 而著称，对常温常压下的空气也近似地适用
pV = nRT方程变形，可求一定状态下给定气体的密度：
pV nRT pM m RT M m RT RT V
做书上例题1-1
一学生在实验室，在73.3 kPa和25 ℃下收集得250 ml某气体。 在分析天平上称量，得气体净质量为0.1188 g。求这种气体的 相对分子质量。
本章讨论气体宏观性质压力P、体积V、温度T及气体物质的 量之间的变化规律。
（一）理想气体状态方程
1、低压下气体实验定律 玻意耳定律：在定量定温下，理想气体的体积与气体的压强 成反比。 PV=K1 K1-比例常数，大小取决于温度、气体种类和数量，与压强、 体积无关
2、盖吕萨克定律：一定量的气体，当压强保持不变时，体 积和热力学温度成正比。 V/T=K2 3、查理定律：一定量气体，当体积保持不变时，其压强与 热力学温度成正比。 P/T=K3 4、阿伏伽德罗定律：在一定温度和压强下，任何气体的体 积与物质的量成正比。 V=nVm Vm大小取决于温度、压强，与气体种 类无关
物理化学绪论
物理化学绪论0 绪论0.1 物理化学的概念物理化学是以物理原理和技术为基础，从物质的物理现象和化学现象的联系入手来探讨化学变化基本规律的一门科学。
化学和物理是紧密相联，化学过程伴随有物理现象，如化学反应伴随有体积的变化，压力的变化，热效应，光效应和电效应等；反过来，温度、压力和浓度的改变，光的照射会引起化学变化。
另一方面，分子中电子的运动，原子的转动和振动以及原子相互间的作用等，则直接决定了物质的性质及化学反应能力。
人们在长期的实践中注意到这种相互联系并加以总结，逐步形成了一门独立的学科分支，叫物理化学。
0.2物理化学的内容（1）化学反应的方向和限度问题（热力学问题）一个化学反应在指定条件下将朝哪个方向进行？这是化学反应的方向问题。
如果反应向某个方向进行，它将进行到何时为止？这是化学反应的限度问题。
温度、压力和浓度对化学反应的方向和限度有什么影响？如何控制外界条件使化学反应按我们所希望的方向进行？（2）化学反应的速率和机理的问题（动力学问题）一个化学反应的速率究竟有多大？反应是经过什么样的途径（历程、机理）进行的？外界条件（如温度、压力、浓度和催化剂等）对反应速率有多大的影响？怎样才能有效地控制化学反应的速率，抑制副反应的发生，使之按我们所希望的方向和适当的速率进行？这些都是化学反应的速率和机理的问题，或动力学问题。
如: 目前合成氨的工业生产都是在高温高压下进行的，这种流程不仅对设备要求高，投资多，而且生产条件不易控制。
那么能否在常温常压下合成氨？如果可能，氨的理论产率是多少？这些问题都属于热力学问题。
热力学理论表明，常温常压下合成氨是完全可能的。
然而常温常压下合成氨反应实际上却不能进行。
为什么？因为存在着动力学方面的阻力。
要使之在常温常压下进行，必须寻找最合适的催化剂和最合适反应途径。
（3）物质结构与性能之间的关系物质结构与性能是密切相关的，物质的内部结构决定了物质的性质。
研究物质的内部结构，不仅可以帮助我们理解化学变化的内因，而且可以预见在适当的外因作用下，物质结构将发生什么样的变化。
物理化学课件00章_绪论
在实验方法上主要采用物理学中的方法。
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2020/10/27
dGSdTVdp
vAddA ctkA cnAcB nB
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0.1 物理化学课程的内容
研究内容： (1) 化学变化的方向和限度问题—化学热力学 (2) 化学反应的速率和机理问题—化学动力学 (3) 物质的性质与其结构之间的关系问题
的物理意义。 • 七、胶体化学 • 了解胶体系统的制备、胶体系统的光学性质（丁铎尔效
应）、胶体系统的动力性质 • 掌握溶胶系统的电学性质
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2020/10/27
• 根据工科《物理化学》教学基本要求而制定，具体学时分配如下： • 一. 绪论与气体性质(2学时)）。 • 二. 热力学第一定律(8学时) • 三. 热力学第二定律(8学时) • 四. 多组分系统热力学(4学时) • 五. 化学平衡(4学时) • 六. 相平衡(6学时) • 七. 电化学(6学时) • 八. 表面现象(4学时) • 九. 化学动力学及其应用(4学时) • 十. 胶体化学(2学时)
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2020/10/27
• 作业要求：有较多的作业并且难度较大 • 实验教学部分,单独设课，根据要求不同开设不
同的实验
• 教材和主要参考资料
• 教材：《物理化学（第五版）》，天津大学物 化教研室编写，高等教育出版社
• 参考书：《物理化学（第五版）》，南京大学 物化教研室编写，高等教育出版社
(4)课前自学，课后复习，勤于思考，培养自学和 独立工作的能力。 提倡开展讨论。
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研究内容： (1) 化学变化的方向和限度问题—化学热力学 (2) 化学反应的速率和机理问题—化学动力学 (3) 物质的性质与其结构之间的关系问题
的物理意义。 • 七、胶体化学 • 了解胶体系统的制备、胶体系统的光学性质（丁铎尔效
应）、胶体系统的动力性质 • 掌握溶胶系统的电学性质
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• 根据工科《物理化学》教学基本要求而制定，具体学时分配如下： • 一. 绪论与气体性质(2学时)）。 • 二. 热力学第一定律(8学时) • 三. 热力学第二定律(8学时) • 四. 多组分系统热力学(4学时) • 五. 化学平衡(4学时) • 六. 相平衡(6学时) • 七. 电化学(6学时) • 八. 表面现象(4学时) • 九. 化学动力学及其应用(4学时) • 十. 胶体化学(2学时)
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• 作业要求：有较多的作业并且难度较大 • 实验教学部分,单独设课，根据要求不同开设不
同的实验
• 教材和主要参考资料
• 教材：《物理化学（第五版）》，天津大学物 化教研室编写，高等教育出版社
• 参考书：《物理化学（第五版）》，南京大学 物化教研室编写，高等教育出版社
(4)课前自学，课后复习，勤于思考，培养自学和 独立工作的能力。 提倡开展讨论。
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物理化学绪论
个经典热力学定律为基础，用一系列热力学函数及其 变量，描述体系从始态到终态的宏观变化，而不涉及 变化的细节。经典热力学方法只适用于平衡体系。
2019/12/8
绪论
20
§0-３物理化学的研究方法
•统计力学方法：
用概率规律计算出体系内部大量质点微观运动的 平均结果，从而解释宏观现象并能计算一些热力学的 宏观性质。 •量子力学方法：
2019/12/8
绪论
4
§0 –1物理化学的目的、内容和任务
Zn+2NH４Cl +2MnO２ = Zn(NO３)２ Cl2 + 2MnOOH
Pb + 2H２SO４+ PbO２ = 2PbSO４ +2H２O
NiOOH + M(H) = Ni(OH)２ + M 照相底片AgBr被感光后引起化学反应，而使图像显示出 来 植物中的叶绿素受光照后，可以把二氧化碳和水合成碳水 化合物 爆炸反应可以起巨大的压力，体积变化等
一、物理化学学科的形成
1．从宏观角度看，化学变化总是包含或 者伴随着各种能量形式的物理现象
例如，各种反应的能量效应（放热或吸热 ）； 电流效应；光效应；压力或体积的变化等
2019/12/8
绪论
3
§0 –1物理化学的目的、内容和任务
Ca(NO3)2 .4H2O+Na2SO4.10H2O=CaSO4+2NaNO3+14H2O
2019/12/8
绪论
25
§0-5 物理化学和中学化学教学
1、中学化学实验常用到硫酸和乙醇试剂，通常硫酸 的浓度是95-98%，乙醇的浓度是95%，为什么 不是 100%？
2、乙二醇的凝固点是261.7K, 而60%乙二醇的水溶 液的凝固点是224.2K（相差37度）。为什么两者的 凝固点相差这么大？
2019/12/8
绪论
20
§0-３物理化学的研究方法
•统计力学方法：
用概率规律计算出体系内部大量质点微观运动的 平均结果，从而解释宏观现象并能计算一些热力学的 宏观性质。 •量子力学方法：
2019/12/8
绪论
4
§0 –1物理化学的目的、内容和任务
Zn+2NH４Cl +2MnO２ = Zn(NO３)２ Cl2 + 2MnOOH
Pb + 2H２SO４+ PbO２ = 2PbSO４ +2H２O
NiOOH + M(H) = Ni(OH)２ + M 照相底片AgBr被感光后引起化学反应，而使图像显示出 来 植物中的叶绿素受光照后，可以把二氧化碳和水合成碳水 化合物 爆炸反应可以起巨大的压力，体积变化等
一、物理化学学科的形成
1．从宏观角度看，化学变化总是包含或 者伴随着各种能量形式的物理现象
例如，各种反应的能量效应（放热或吸热 ）； 电流效应；光效应；压力或体积的变化等
2019/12/8
绪论
3
§0 –1物理化学的目的、内容和任务
Ca(NO3)2 .4H2O+Na2SO4.10H2O=CaSO4+2NaNO3+14H2O
2019/12/8
绪论
25
§0-5 物理化学和中学化学教学
1、中学化学实验常用到硫酸和乙醇试剂，通常硫酸 的浓度是95-98%，乙醇的浓度是95%，为什么 不是 100%？
2、乙二醇的凝固点是261.7K, 而60%乙二醇的水溶 液的凝固点是224.2K（相差37度）。为什么两者的 凝固点相差这么大？
物理化学1.1 绪论85页PPT
15
状态函数的两个重要特征
(1) 状态函数的数值随状态的改变而变化。 如始态Z1， 终态Z2，则改变量
ZZ2Z1
只与系统的始、终态有关，与历史无关
y
y=f (x)
Z
Z=f (x, y) y
y2 Z2
y1
x1 x2 x
Z1
y2 y1
x1 x2
x 16
(2) 状态函数具有全微分的性质：
d
XX xy
d
xXyx
d
y
例如，理想气体的封闭体系 Vf(T,p)
则有 dVV TpdTVpTdp
全微分的积分与积分途径无关
X X2dXX X
X1
2
1
17
1.1.4 过程和途径
• 等温过程 • 等压过程 • 等容过程 • 绝热过程
T1= T2= Tex p1 = p2 = pex V1 = V2 Q=0
• 循环过程 X = 0
• 符号：系统得到功为正，对环境做 功为负
• 功不是状态函数，与过程有关 • 功分为体积功（W）和非体积功（W’）
22
• 体积功：
当系统的体积变化
pex
时，系统反抗环境
压力所作的功。
V2
V
WpexV
对于微小过程
V1 (gas)
δWpexdV
☺小贴士：体积功中“反抗环境压力”的类比理解：将质量为m的
成正比，有加和性，例如：V、m等；
两种容量性质相除后就变为强度性质，例如： m/V
12
• 系统的状态是系统所有性质的综合 表现
• 所有性质确定，则状态确定；
• 状态确定，则系统所有性质亦确定
• 确定状态下，各种性质之间是有关 系的：
状态函数的两个重要特征
(1) 状态函数的数值随状态的改变而变化。 如始态Z1， 终态Z2，则改变量
ZZ2Z1
只与系统的始、终态有关，与历史无关
y
y=f (x)
Z
Z=f (x, y) y
y2 Z2
y1
x1 x2 x
Z1
y2 y1
x1 x2
x 16
(2) 状态函数具有全微分的性质：
d
XX xy
d
xXyx
d
y
例如，理想气体的封闭体系 Vf(T,p)
则有 dVV TpdTVpTdp
全微分的积分与积分途径无关
X X2dXX X
X1
2
1
17
1.1.4 过程和途径
• 等温过程 • 等压过程 • 等容过程 • 绝热过程
T1= T2= Tex p1 = p2 = pex V1 = V2 Q=0
• 循环过程 X = 0
• 符号：系统得到功为正，对环境做 功为负
• 功不是状态函数，与过程有关 • 功分为体积功（W）和非体积功（W’）
22
• 体积功：
当系统的体积变化
pex
时，系统反抗环境
压力所作的功。
V2
V
WpexV
对于微小过程
V1 (gas)
δWpexdV
☺小贴士：体积功中“反抗环境压力”的类比理解：将质量为m的
成正比，有加和性，例如：V、m等；
两种容量性质相除后就变为强度性质，例如： m/V
12
• 系统的状态是系统所有性质的综合 表现
• 所有性质确定，则状态确定；
• 状态确定，则系统所有性质亦确定
• 确定状态下，各种性质之间是有关 系的：
物理化学-绪论
• 各种反应的能量效应（放热或吸热 ） • 电效应 • 光效应 • 压力或体积的变化 等等
中南大学
1、化学反应中的物理现象
•植 物 中 的 叶 绿 素 受 光 照 后 ， 可 以 把 二氧化碳和水合成碳水化合物
伴随着能量转化和光效应
中南大学
地球上最重要的化学反应——光合作用 （Photosynthesis）
F.W.Ostwald 德国化学家 (1853-1932) 1909年Nobel
化学奖获得者
J.H.Van't Hoff 荷兰化 学家(1852-1911) 1901 年Nobel化学奖获得者
S.A.Arrhenius瑞典化学 家(1859--1927) 1903年
Nobel化学奖获得者
《物理化学杂志》创刊号上，同时摘要发表了瑞典化学家S.A.Arrhenius 的“电 离学说”，上述三人都是物理化学的重要奠基人，被称为“物理化学三剑客”。
1901～ 1998年获诺贝尔化学奖者共 130位， 其中约 82位是物理化学家或从事物理化学领域 研究的科学家，这说明在 98个年头中化学科学 最热门的课题与最引人注目的成就，60 %以上 是集中在物理化学领域。
中南大学
6、物理化学的重要作用
物理化学与国民经济发展密切相关：
鉴于石油及资源日渐呈现短缺的局面，减少污染 的需求，使多种工业部门都面临更新换代问题，而物 理化学的进步将使人们在开发新能源、新材料、新食 品源方面取得越来越多的自由，一旦人们能自由地左 右这些化学过程，就将更新整个国民经济体系 。
中南大学
Photocatalyst
H2 O2 Energy H2O
光解水的机理？ 光催化材料的设计？ 均有赖于物理化学基础
“太阳能-水-氢能源“ 构成完美的绿色生态循环
中南大学
1、化学反应中的物理现象
•植 物 中 的 叶 绿 素 受 光 照 后 ， 可 以 把 二氧化碳和水合成碳水化合物
伴随着能量转化和光效应
中南大学
地球上最重要的化学反应——光合作用 （Photosynthesis）
F.W.Ostwald 德国化学家 (1853-1932) 1909年Nobel
化学奖获得者
J.H.Van't Hoff 荷兰化 学家(1852-1911) 1901 年Nobel化学奖获得者
S.A.Arrhenius瑞典化学 家(1859--1927) 1903年
Nobel化学奖获得者
《物理化学杂志》创刊号上，同时摘要发表了瑞典化学家S.A.Arrhenius 的“电 离学说”，上述三人都是物理化学的重要奠基人，被称为“物理化学三剑客”。
1901～ 1998年获诺贝尔化学奖者共 130位， 其中约 82位是物理化学家或从事物理化学领域 研究的科学家，这说明在 98个年头中化学科学 最热门的课题与最引人注目的成就，60 %以上 是集中在物理化学领域。
中南大学
6、物理化学的重要作用
物理化学与国民经济发展密切相关：
鉴于石油及资源日渐呈现短缺的局面，减少污染 的需求，使多种工业部门都面临更新换代问题，而物 理化学的进步将使人们在开发新能源、新材料、新食 品源方面取得越来越多的自由，一旦人们能自由地左 右这些化学过程，就将更新整个国民经济体系 。
中南大学
Photocatalyst
H2 O2 Energy H2O
光解水的机理？ 光催化材料的设计？ 均有赖于物理化学基础
“太阳能-水-氢能源“ 构成完美的绿色生态循环
物理化学 绪论
一化学反应在指定的条件下能否朝着预定的方向自 发进行？ 如果该反应能够进行，则它将达到什么限度？ 外界条件的改变对反应的方向和限度有什么影响？ 对于一个给定的反应，能量的变化关系怎样？ 化学热力学：研究化学变化的方向性问题，以及与平 衡有关的一些问题。
(2) 化学反应的速率和机理问题 一化学反应的速率有多大？ 反应是经过什么样的机理进行的？ 外界条件（如温度、压力、光照、浓度、催化 剂等）对反应速率有什么影响？ 怎样才能控制反应进行的速率？ 化学动力学：研究反应的速率和机理问题。
(1) 从宏观到微观 单用宏观的研究方法是不够的，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。 宏观 (看得见的物体) 介观 (纳米材料) 粒子 膜 丝 管 棒 微观 (原子、分子)
纳米
(2) 从体相到表相 在多相体系中，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，推动了表面化学和多相催化的发展。
0.3 物理化学的建立与发展
从燃素说到能量守 恒与转化定律，经历近 两个世纪，物化在十八 世纪开始萌芽。 俄国科学家罗蒙诺 索夫(1711-1765)最早 使用“物理化学”这一 术语。
十九世纪中叶形成： 1887年德籍俄国科学家W Ostwald和荷兰科学家 J H van’t Hoff 合办了第一本“物理化学杂志” (德文） 。
(3) 物质的性质与其结构之间的关系问题 物质的性质从本质上说是由物质内部的结构 所决定的。深入了解物质内部的结构，不仅可以 理解化学变化的内因，而且可以预见在适当外因 的作用下，物质的结构将发生什么样的变化。 结构化学( 物质结构）：从微观角度研究有关反应 的本质问题
0.2 物理化学的研究方法
(2) 化学反应的速率和机理问题 一化学反应的速率有多大？ 反应是经过什么样的机理进行的？ 外界条件（如温度、压力、光照、浓度、催化 剂等）对反应速率有什么影响？ 怎样才能控制反应进行的速率？ 化学动力学：研究反应的速率和机理问题。
(1) 从宏观到微观 单用宏观的研究方法是不够的，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。 宏观 (看得见的物体) 介观 (纳米材料) 粒子 膜 丝 管 棒 微观 (原子、分子)
纳米
(2) 从体相到表相 在多相体系中，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，推动了表面化学和多相催化的发展。
0.3 物理化学的建立与发展
从燃素说到能量守 恒与转化定律，经历近 两个世纪，物化在十八 世纪开始萌芽。 俄国科学家罗蒙诺 索夫(1711-1765)最早 使用“物理化学”这一 术语。
十九世纪中叶形成： 1887年德籍俄国科学家W Ostwald和荷兰科学家 J H van’t Hoff 合办了第一本“物理化学杂志” (德文） 。
(3) 物质的性质与其结构之间的关系问题 物质的性质从本质上说是由物质内部的结构 所决定的。深入了解物质内部的结构，不仅可以 理解化学变化的内因，而且可以预见在适当外因 的作用下，物质的结构将发生什么样的变化。 结构化学( 物质结构）：从微观角度研究有关反应 的本质问题
0.2 物理化学的研究方法
《物理化学》(天津大学)课件 绪论
1
物理化学形成于十九世纪下半叶，那时的资本主 义在蒸汽机的带动下驶入了快速行进的轨道，科学与技术 都在这一时期得到了高度发展，自然科学的许多学科，包 括物理化学，都是在这一时期发展建立起来的。
十八世纪中叶罗蒙诺索夫首先提出物理化学一词； 1887年 Ostwald(德)和 Vant Hoff(荷)创办
22.4 dm 3 mol
1
12
SUCCESS
THANK YOU
2020/2/8
<<Journal of Physical Chemistry>>。 从此“物理化学”这个名词逐渐被普遍采用。
2
化学从一开始就与工业生产、国民经济紧密相联。
例如：钢铁的冶炼；
转。
煤炭燃烧产生能量带动蒸汽机的运
这些推动人类历史发展的重要动力都是通过化学 反应来实现的。
人们最关心的化学问题：
怎样通过化学反应来生产产品和获取能量？
10
§0.3 物理量的表示及运算
1. 物理量的表示
物理量＝数值单位
(数值为没有单位的纯数)
1) 物理量X包括数值和单位
例：T 298 K
p 101.325
kPa
同量纲的可用＋，－，＝运
算 2) 作图列表时应用纯数 ln(p/kPa)
例：以 lnp ~ 1/T 作图
K/T
11
2. 对数中的物理量
8
化学热力学、化学动力学、量子力学、统计力学
— —构成物理化学的四大基础
上册
下册
第一章 气体的pVT关系 第七章 电化学
第二章 热力学第一定律 第八章 量子力学基础
第三章 热力学地二定律 第九章 统计热力学初步
物理化学形成于十九世纪下半叶，那时的资本主 义在蒸汽机的带动下驶入了快速行进的轨道，科学与技术 都在这一时期得到了高度发展，自然科学的许多学科，包 括物理化学，都是在这一时期发展建立起来的。
十八世纪中叶罗蒙诺索夫首先提出物理化学一词； 1887年 Ostwald(德)和 Vant Hoff(荷)创办
22.4 dm 3 mol
1
12
SUCCESS
THANK YOU
2020/2/8
<<Journal of Physical Chemistry>>。 从此“物理化学”这个名词逐渐被普遍采用。
2
化学从一开始就与工业生产、国民经济紧密相联。
例如：钢铁的冶炼；
转。
煤炭燃烧产生能量带动蒸汽机的运
这些推动人类历史发展的重要动力都是通过化学 反应来实现的。
人们最关心的化学问题：
怎样通过化学反应来生产产品和获取能量？
10
§0.3 物理量的表示及运算
1. 物理量的表示
物理量＝数值单位
(数值为没有单位的纯数)
1) 物理量X包括数值和单位
例：T 298 K
p 101.325
kPa
同量纲的可用＋，－，＝运
算 2) 作图列表时应用纯数 ln(p/kPa)
例：以 lnp ~ 1/T 作图
K/T
11
2. 对数中的物理量
8
化学热力学、化学动力学、量子力学、统计力学
— —构成物理化学的四大基础
上册
下册
第一章 气体的pVT关系 第七章 电化学
第二章 热力学第一定律 第八章 量子力学基础
第三章 热力学地二定律 第九章 统计热力学初步
物理化学绪论
绪论
16
第三阶段：1960 s ---:由于激光技术和计算机 技术的发展，物理化学各领域向更深度和广 度发展。
宏观
微观
静态
动态
体相
表相
平衡态 非平衡态
绪论
17
物理化学的主要发展趋势与前沿
强化了在分子水平上的 精细物理化学的研究
强化了对特殊集合态的 物理化学的研究
分子动态 (分子反应 动力学;分 子激发态 谱学)
似符合理想气体状态方程。
绪论
26
3.理想气体混合物 （1）混合物组成表示： 用物质量的分数表示:
对于物质B
xB
nB nB nA n
A
显然
xB 1
B
绪论
27
用质量分数表示:
wB
mB mB mA m
A
wB 1
B
绪论
28
（2）理气状态方程对理气混合物的应用
pV nRT nB RT
绪论
25
• 理想气体的状态方程是理想气体的宏观外在表现 • 理想气体微观模型反映了理想气体的微观内在本质 • 理想气体是真实气体在 p→ 0 情况下的极限状态。 • 真实气体并不严格符合理想气体状态方程，也就是 说真实气体在方程 pV=nRT 中的R不为常数。
p
a V2
m
Vm
b
RT
• 真实气体只在温度不太低、压力不太高的情况下近
4. 课前自学，课后复习，勤于思考，培养自 学和独立工作的能力。除了通过课堂讲授 获取知识外，还应根据自身能力自学教学 参考书。
绪论
13
记忆 理解 关联
记忆：有关公式和原理的必要的记忆。
理解：概念、定律和原理的本质。 关联：事实和事实、事实和原理、原理和原理、
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8
学习物理化学的要求及方法
（1）遵循“实践—理论—实践”的认识过程，
分别采用归纳法和演绎法，即从众多实验事
实概括到一般， 再从一般推理到个别的思维
过程。
（2）注意逻辑推理的思维方法，对一些重要
公式加以推导，理清理论体系的主次关系。
9
(3)多做习题，学会解题方法。在做习题的 过程中加深对重要概念和公式的理解。 (4)课前自学，课后复习，勤于思考，培养 自学和独立工作的能力。 (5)循序渐进，同一概念需要经过多次反复
博登施坦和能斯脱关于链反应的概念
6
20世纪20～40年代
1926年，量子力学研究的兴起
1927年，海特勒和伦敦对氢分子问题的量子力学 处理，为1916年路易斯提出的共享电子对的共价键概 念提供了理论基础 1931年鲍林和斯莱特把这种处理方法推广到其他 双原子分子和多原子分子，形成了化学键的价键方法 1932年，马利肯和洪德在处理氢分子的问题时根 据不同的物理模型，采用不同的试探波函数，从而发 展了分子轨道方法
J. H. van’t Hoff (1852－1911)
4
1887年至20世纪初期 热力学第一定律和热力学第二定律被广泛应 用于各种化学体系 吉布斯对多相平衡体系的研究和范特荷夫对 化学平衡的研究 阿伦尼乌斯提出电离学说 能斯特发现热定理
5
1906年路易斯提出处理非理想体系的逸度和活度概念 劳尔和布拉格对X射线晶体结构分析的创造性研究 阿伦尼乌斯关于化学反应活化能的概念
上册 第一章 气体的pVT关系 第二章 热力学第一定律 第三章 热力学地二定律
下册 第七章 电化学 第八章 量子力学基础 第九章 统计热力学初步
第四章 多组分热力学
第五章 化学平衡 第六章 相平衡
第十章 界面现象
第十一章 化学动力学 第十二章 胶体化学
12
12
物理量的表示及运算
2
物理化学的建立
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(1711－1765)最
早使用“物理化学” 这一术语。 М В Ломоносов
3
1887年德国科学家W.Ostwald和荷兰科学家J.H. van’t Hoff 合办的《物理化学杂志》 (德文）创刊。
W. Ostwald (1853－1932)
7
60年代，激光器的发明和不断改进的激光技术。大 容量高速电子计算机的出现，以及微弱信号检测手 段的发明。 70年代以来，分子反应动力学、激光化学和表面结 构化学代表着物理化学的前沿阵地。 我国在1949年以后，经过几十年的努力，在各个高 等学校设置物理化学教研室进行人才培养的同时， 还在中国科学院各有关研究所和各重点高等学校建 立了物理化学研究室，在结构化学、量子化学、催 化、电化学、分子反应动力学等方面取得了可喜的 成绩。
1.物理量的表Βιβλιοθήκη : A =｛A｝· ［A］ 物理量 数值 单位 如压力: p =100 kPa ｛p｝=100 ［p］= kPa ｛A｝=A/［A］ 如 ｛p｝= 100 kPa/ kPa=100 作图列表时应用纯数
ln(p/kPa)
例：以 lnp ~ 1/T 作图
K/T
13
14
物理现象
化学现象
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
1
物理化学的研究内容
人们最关心的化学问题：
怎样通过化学反应来生产产品和获取能量？
物理化学主要研究
物理化学所研究的基本问题
（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。
学习，才能一次比一次加深理解。
10
其他参考书目：
大连理工大学 傅玉普 主编 《多媒体CAI物理化学》第五版 华东理工大学 胡英 主编 《物理化学》第四版 上、中、下册 南京大学 傅献彩 主编 《物理化学》第五版 上、下册 清华大学 朱文涛 主编 《物理化学》上、下册
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学习物理化学的要求及方法
（1）遵循“实践—理论—实践”的认识过程，
分别采用归纳法和演绎法，即从众多实验事
实概括到一般， 再从一般推理到个别的思维
过程。
（2）注意逻辑推理的思维方法，对一些重要
公式加以推导，理清理论体系的主次关系。
9
(3)多做习题，学会解题方法。在做习题的 过程中加深对重要概念和公式的理解。 (4)课前自学，课后复习，勤于思考，培养 自学和独立工作的能力。 (5)循序渐进，同一概念需要经过多次反复
博登施坦和能斯脱关于链反应的概念
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20世纪20～40年代
1926年，量子力学研究的兴起
1927年，海特勒和伦敦对氢分子问题的量子力学 处理，为1916年路易斯提出的共享电子对的共价键概 念提供了理论基础 1931年鲍林和斯莱特把这种处理方法推广到其他 双原子分子和多原子分子，形成了化学键的价键方法 1932年，马利肯和洪德在处理氢分子的问题时根 据不同的物理模型，采用不同的试探波函数，从而发 展了分子轨道方法
J. H. van’t Hoff (1852－1911)
4
1887年至20世纪初期 热力学第一定律和热力学第二定律被广泛应 用于各种化学体系 吉布斯对多相平衡体系的研究和范特荷夫对 化学平衡的研究 阿伦尼乌斯提出电离学说 能斯特发现热定理
5
1906年路易斯提出处理非理想体系的逸度和活度概念 劳尔和布拉格对X射线晶体结构分析的创造性研究 阿伦尼乌斯关于化学反应活化能的概念
上册 第一章 气体的pVT关系 第二章 热力学第一定律 第三章 热力学地二定律
下册 第七章 电化学 第八章 量子力学基础 第九章 统计热力学初步
第四章 多组分热力学
第五章 化学平衡 第六章 相平衡
第十章 界面现象
第十一章 化学动力学 第十二章 胶体化学
12
12
物理量的表示及运算
2
物理化学的建立
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(1711－1765)最
早使用“物理化学” 这一术语。 М В Ломоносов
3
1887年德国科学家W.Ostwald和荷兰科学家J.H. van’t Hoff 合办的《物理化学杂志》 (德文）创刊。
W. Ostwald (1853－1932)
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60年代，激光器的发明和不断改进的激光技术。大 容量高速电子计算机的出现，以及微弱信号检测手 段的发明。 70年代以来，分子反应动力学、激光化学和表面结 构化学代表着物理化学的前沿阵地。 我国在1949年以后，经过几十年的努力，在各个高 等学校设置物理化学教研室进行人才培养的同时， 还在中国科学院各有关研究所和各重点高等学校建 立了物理化学研究室，在结构化学、量子化学、催 化、电化学、分子反应动力学等方面取得了可喜的 成绩。
1.物理量的表Βιβλιοθήκη : A =｛A｝· ［A］ 物理量 数值 单位 如压力: p =100 kPa ｛p｝=100 ［p］= kPa ｛A｝=A/［A］ 如 ｛p｝= 100 kPa/ kPa=100 作图列表时应用纯数
ln(p/kPa)
例：以 lnp ~ 1/T 作图
K/T
13
14
物理现象
化学现象
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
1
物理化学的研究内容
人们最关心的化学问题：
怎样通过化学反应来生产产品和获取能量？
物理化学主要研究
物理化学所研究的基本问题
（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。
学习，才能一次比一次加深理解。
10
其他参考书目：
大连理工大学 傅玉普 主编 《多媒体CAI物理化学》第五版 华东理工大学 胡英 主编 《物理化学》第四版 上、中、下册 南京大学 傅献彩 主编 《物理化学》第五版 上、下册 清华大学 朱文涛 主编 《物理化学》上、下册
11