物化绪论
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物理化学 第一章 绪论气体
3. 摩尔气体常数 R
R 是通过实验测定确定出来的。测定一定温度下，不同
压力 p 时的摩尔体积Vm ，然后将 pVm 对 p 作图，外推到
p 0 处求出 pVm ，而算得 R。
pVm/ J·mol-1
5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000
0
N2 He CH4
Lennard-Jones理论：n = 12
E排斥 1/r n
E 总 E 吸 ＋ E 引 排 斥 r A 6r B 12 1 .1 .2
式中：A－吸引常数；B－排
E
斥常数
液体和固体的存在，正是分子间有 0 相互吸引作用的证明；而液体和固体 的难于压缩，又证明了分子间在近距 离时表现出的排斥作用。
c
T4
说明Vm(g) 与Vm(l)之差减小。
l2 l1
l
g2 g1
T3
Tc
TT12gg´´12 g
T = Tc时， l – g 线变为拐点c c：临界点 ；Tc 临界温度； pc 临界压力； Vm,c 临界体积
Vm
临界点处气、液两相摩尔体积及其它性质完全相同，界
面消失气态、液态无法区分，此时：
V p m Tc 0 ,
描述真实气体的 pVT 关系的方法： 1）引入压缩因子Z，修正理想气体状态方程 2）引入 p、V 修正项，修正理想气体状态方程 3）使用经验公式，如维里方程，描述压缩因子Z 它们的共同特点是在低压下均可还原为理想气体状态方程
物化绪论
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 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
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。
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)
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
10
其他参考书目：
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 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
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。
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)
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
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其他参考书目：
物理化学-清华大学课件.ppt
➢ 理想气体的定义及方程的用途 定义：在任意温度和压力下都严格服从 理想气体状态方程的气体
用途：对于一定量的理想气体，pVT中有一个 不独立。所以p可叙述为：将物质的量 为n的理想气体置于一个温度为 T体积 为V的容器中，气体所具有的压力。
➢ 理想气体的微观模型： (1) 分子是几何点
(2) 无分子间力
(2) 宏观方法 (3) 无涉及时间因素 ➢ 本章目的： (1) 能量转换规律 (2) 物化学习方法
§2－1 基本概念 (Important concepts)
一、系统和环境 (System and surroundings) ➢ 定义：系统——研究对象(也称体系) 环境——与系统有相互作用的外界
➢ 定义：热量是由于温度不同而在系统 与环境之间传递的能量，Q；
功是除热以外，在系统与环境 之间所传递的能量，W。
➢ 符号：系统吸热，Q > 0；系统放热，Q < 0
系统做功，W > 0；环境做功，W < 0
Q是系统吸收的热量
➢ Q和W是过程量：
W是系统做的功
状态函数（只取决于初末状态） 热力学物理量
➢ 按过程本身的特点，分为多种多样。 物化感兴趣的几种典型过程为：
等温过程：T1＝T2＝T环＝const（常数） 等压过程：Yp1＝p2＝p外＝const. 等容过程：V＝const. 绝热过程：系统和环境无热交换 循环过程：变化为0
无机材料物理化学1绪论
原料合成与生产各阶段发生的物理化学过程、热 量与质量的传输、固液界面的变化和缺陷的生成 以及环境参数对这些过程的影响，就不可能建立 并掌握生长参数优化的制备方法，生长出具有所 需组成、完整性、均匀性和物理性的晶体材料。
以陶瓷材料为例—— 陶瓷材料的最严重的问题是可靠性差，原因是制备 过程落后以致材料的微结构和特性缺少均匀性和重复性。 研究结果已表明，若粉料在材料制备中发生团聚，则材 料难免出现分布不均匀的气孔从而导致性能不均一。 为提高材料的可靠性，必须对制备过程中的每阶段 所发生的化学、物理变化认真加以研究并做出必要的表 征。 陶瓷材料中颗粒间界的强度远远低于颗粒或晶粒本 身的强度。 为了提高材料强度，对颗粒间晶界结构、本质和在 制备中的变化过程以及这些过程如何受制备条件的影响， 进行基础性的研究，是极其重要的。
（6）带电缺陷
不同价离子之间取代如Ca2+取代Na+——Ca
· Na
Ca2+取代Zr4+——Ca”Zr
(7) 缔合中心 在晶体中除了单个缺陷外，有可能出现邻近两个缺陷
互相缔合，把发生 缔合的缺陷用小括号表示，也称复合缺陷。 在离子晶体中带相反电荷的点缺陷之间，存在一种有
利于缔合的库仑引力。 如：在NaCl晶体中，
因此与这个位置上应有的+1电价比,缺陷带1个有效正电荷。
CaZr 杂质Ca2+取代Zr4+位置，与原来的Zr4+比，少2个正电荷，
以陶瓷材料为例—— 陶瓷材料的最严重的问题是可靠性差，原因是制备 过程落后以致材料的微结构和特性缺少均匀性和重复性。 研究结果已表明，若粉料在材料制备中发生团聚，则材 料难免出现分布不均匀的气孔从而导致性能不均一。 为提高材料的可靠性，必须对制备过程中的每阶段 所发生的化学、物理变化认真加以研究并做出必要的表 征。 陶瓷材料中颗粒间界的强度远远低于颗粒或晶粒本 身的强度。 为了提高材料强度，对颗粒间晶界结构、本质和在 制备中的变化过程以及这些过程如何受制备条件的影响， 进行基础性的研究，是极其重要的。
（6）带电缺陷
不同价离子之间取代如Ca2+取代Na+——Ca
· Na
Ca2+取代Zr4+——Ca”Zr
(7) 缔合中心 在晶体中除了单个缺陷外，有可能出现邻近两个缺陷
互相缔合，把发生 缔合的缺陷用小括号表示，也称复合缺陷。 在离子晶体中带相反电荷的点缺陷之间，存在一种有
利于缔合的库仑引力。 如：在NaCl晶体中，
因此与这个位置上应有的+1电价比,缺陷带1个有效正电荷。
CaZr 杂质Ca2+取代Zr4+位置，与原来的Zr4+比，少2个正电荷，
北大基础医学生物化学课件 绪论
生物分子的主要类型包括：多糖、 聚脂、核酸和蛋白质等生物大分子
维生素、辅酶、激素、核苷酸和氨 基酸等。
七大营养要素：水、无机盐、糖、 脂、蛋白质、维生素、氧
第二节
发展简史
刘新文，绪论
1780-1789 Lavoisier （法）研究“生物体内 的燃烧”，指出此类 “燃烧”耗氧并排出二 氧化碳。后人称他是生 物化学之父。
生物化学
Biochemistry
概念
刘新文，绪论
生物化学是用化学的原理和方法，从分 子水平来研究生物体的化学组成，及其在体 内的代谢转变规律从而阐明生命现象本质的 一门科学。
第一节
生命
一、生命的定义
自我复制(self-replication) 自我装配(self-assemble) 自我调节(self-regulation)
维生素与微量元素
物质代谢：糖、脂、氨基酸、核苷酸代谢，生物氧 化、代谢调节
遗传信息的传递规律：DNA复制、RNA转录、蛋白 质生物合成、基因表达调控、基因工程、基因组学
器官生化（重要组织器官的代谢特点）:肝胆、血液、 结缔组织骨牙、感觉系统化学、神经系统化学
专题：细胞信息传递、细胞生长调控与肿瘤、生物 信息学
DNA是生命体的“共同语言”
生物体的化学组成
自然界 所有的 生命物 体都由 三类物 质组成 水、无 机离子 和生物 分子
维生素、辅酶、激素、核苷酸和氨 基酸等。
七大营养要素：水、无机盐、糖、 脂、蛋白质、维生素、氧
第二节
发展简史
刘新文，绪论
1780-1789 Lavoisier （法）研究“生物体内 的燃烧”，指出此类 “燃烧”耗氧并排出二 氧化碳。后人称他是生 物化学之父。
生物化学
Biochemistry
概念
刘新文，绪论
生物化学是用化学的原理和方法，从分 子水平来研究生物体的化学组成，及其在体 内的代谢转变规律从而阐明生命现象本质的 一门科学。
第一节
生命
一、生命的定义
自我复制(self-replication) 自我装配(self-assemble) 自我调节(self-regulation)
维生素与微量元素
物质代谢：糖、脂、氨基酸、核苷酸代谢，生物氧 化、代谢调节
遗传信息的传递规律：DNA复制、RNA转录、蛋白 质生物合成、基因表达调控、基因工程、基因组学
器官生化（重要组织器官的代谢特点）:肝胆、血液、 结缔组织骨牙、感觉系统化学、神经系统化学
专题：细胞信息传递、细胞生长调控与肿瘤、生物 信息学
DNA是生命体的“共同语言”
生物体的化学组成
自然界 所有的 生命物 体都由 三类物 质组成 水、无 机离子 和生物 分子
物化绪论
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11
§0.3 学习物理化学的方法 ④ 勤于思考。
本书每一章后面均有一部分思考题，其目的就在于 启发读者去进一步考虑一些问题。其实只要是有心思考 问题的人，可随时用物理化学的观点去考察和理解自然 现象和周围生活中接触到的一些现象。这样，就会感到 物理化学的问题无处不在，而绝不会认为物理化学太抽 象，相反会引起你浓厚的兴趣。
( )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)
V p C pV V 2 2 p p p T , n
由Gay-lussac定律 V=C’T 得到：
V V C' T T p , n
物理化学全套教学课件-清华大学
数学表述。
容量性质：与n成正比，有加
和性。例如m，C，V；
➢ 分类：
是n的一次齐函数
强度性质：与n无关，无加和性。
例如T，p，Vm，；是
n的零次齐函数
➢ 特点：
（1）相互关联：单组分均相封闭 系统有两个独立变量；（无组成 变化的封闭系统）
（2）变化只决定于初末状态
dY
c1 (A,B)
dY
c2 (A,B)
Tr=1 pr=1.5
Z=0.25
110×101325 Pa·Vm=0.25×8.314 J·K-1·mol-1×304K 解得： Vm=5.67×10-5 m3·mol-1
本章小结：
理想气体状态方程 气体计算方法 实际气体状态方程
压缩因子图
第二章 热力学第一定律 Chapter 2 The First Law of Thermodynamics
R(TcTr )
pcVc RTc
prVr Tr
Zc
prVr Tr
∴ Z f (Zc, pr ,Tr )
Zc: Critical compression factor
若满足范氏方程，则 即 Zc＝3/8＝0.375
R 8 pcVc 3 Tc
实验表明：Ne Ar CH4 CF4 O2 N2 CO
pV ZnRT pVm ZRT
(1) Z的意义：压缩因子。Z与1的差值 代表气体对理想气体的偏差 程度，理想气体的Z＝1。
容量性质：与n成正比，有加
和性。例如m，C，V；
➢ 分类：
是n的一次齐函数
强度性质：与n无关，无加和性。
例如T，p，Vm，；是
n的零次齐函数
➢ 特点：
（1）相互关联：单组分均相封闭 系统有两个独立变量；（无组成 变化的封闭系统）
（2）变化只决定于初末状态
dY
c1 (A,B)
dY
c2 (A,B)
Tr=1 pr=1.5
Z=0.25
110×101325 Pa·Vm=0.25×8.314 J·K-1·mol-1×304K 解得： Vm=5.67×10-5 m3·mol-1
本章小结：
理想气体状态方程 气体计算方法 实际气体状态方程
压缩因子图
第二章 热力学第一定律 Chapter 2 The First Law of Thermodynamics
R(TcTr )
pcVc RTc
prVr Tr
Zc
prVr Tr
∴ Z f (Zc, pr ,Tr )
Zc: Critical compression factor
若满足范氏方程，则 即 Zc＝3/8＝0.375
R 8 pcVc 3 Tc
实验表明：Ne Ar CH4 CF4 O2 N2 CO
pV ZnRT pVm ZRT
(1) Z的意义：压缩因子。Z与1的差值 代表气体对理想气体的偏差 程度，理想气体的Z＝1。
物理化学实验绪论
吸气 排气
通待测真空部分 机 械 泵 被抽气体 油蒸气自喷 嘴出
硅油
冷凝水 冷凝油 电炉
水流泵
机械泵
油扩散泵
九、实验室钢瓶 绿氢红 蓝氧黑 黑氮黄 白碳黑 黑空白
使用时 先逆时针打开钢瓶总开关， 观察高压表读数； 然后顺时针转动低压表压 力调节螺杆，使其压缩主弹 簧将活门打开。这样进口的 高压气体由高压室经节流减 压后进入低压室，并经出口 通往工作系统。 使用后，先关闭顺时针关 闭钢瓶总开关，再逆时针旋 松减压阀。
超过100℃用液体石蜡或蒸汽压较低的气缸油等油类； 高温则用沙浴、盐浴、金属浴或空气恒温槽。
八、实验室常用真空技术与压力计
粗真空 105 ～1333 Pa 水流泵 低真空 1333～1.333101 Pa 机械泵 高真空 1.333101～1.333105 Pa 扩散泵 超高真空 1.333105～1.333109 Pa 极高（宇宙）真空 <1.333109 Pa
3、汞的安全使用。
汞又称水银，为液态银白色金属，常温下即能蒸发，是一种化学元素，俗 称水银 (汞亦可写作銾)。它的化学符号是 Hg ，它的原子序数是80。它是 一种很重、银白色的液态过渡金属。因着这特性，水银被用于制作温度计。 体温计破碎后，水银掉在地上会形成许多水珠，如果不及时收集，就会很 快挥发到空气中，水银蒸气有很大的毒性，通过人的呼吸道可进入神经系 统，使人中毒。如果不小心碰到皮肤上也能进入人体，危害人体的健康。 水银中毒的临床表现有，全身症状为头痛、头昏、乏力、发热。口腔及消 化道症状表现为齿龈红肿酸痛、糜烂出血、牙齿松动、龈槽溢脓，口腔有 臭味，并有恶心、呕吐、食欲不振、腹痛、腹泻。皮肤接触可出现红色斑 丘疹，以四肢及头面部分布较多。少数患者可有肾损害，个别严重者可有 咳嗽、胸痛、呼吸困难、绀紫等急性间质性肺炎的表现。 水银收集处理方法是，用湿润的小棉棒或胶带纸将洒落在地面上的水银粘 集起来，放进可以封口的小瓶中，如饮料瓶等塑料瓶，并在瓶中加入少量 水，瓶上写明“废弃水银”等标识性文字，交给本单位或社区居委会废液 管理人员处理或送到环保部门专门处理。
通待测真空部分 机 械 泵 被抽气体 油蒸气自喷 嘴出
硅油
冷凝水 冷凝油 电炉
水流泵
机械泵
油扩散泵
九、实验室钢瓶 绿氢红 蓝氧黑 黑氮黄 白碳黑 黑空白
使用时 先逆时针打开钢瓶总开关， 观察高压表读数； 然后顺时针转动低压表压 力调节螺杆，使其压缩主弹 簧将活门打开。这样进口的 高压气体由高压室经节流减 压后进入低压室，并经出口 通往工作系统。 使用后，先关闭顺时针关 闭钢瓶总开关，再逆时针旋 松减压阀。
超过100℃用液体石蜡或蒸汽压较低的气缸油等油类； 高温则用沙浴、盐浴、金属浴或空气恒温槽。
八、实验室常用真空技术与压力计
粗真空 105 ～1333 Pa 水流泵 低真空 1333～1.333101 Pa 机械泵 高真空 1.333101～1.333105 Pa 扩散泵 超高真空 1.333105～1.333109 Pa 极高（宇宙）真空 <1.333109 Pa
3、汞的安全使用。
汞又称水银，为液态银白色金属，常温下即能蒸发，是一种化学元素，俗 称水银 (汞亦可写作銾)。它的化学符号是 Hg ，它的原子序数是80。它是 一种很重、银白色的液态过渡金属。因着这特性，水银被用于制作温度计。 体温计破碎后，水银掉在地上会形成许多水珠，如果不及时收集，就会很 快挥发到空气中，水银蒸气有很大的毒性，通过人的呼吸道可进入神经系 统，使人中毒。如果不小心碰到皮肤上也能进入人体，危害人体的健康。 水银中毒的临床表现有，全身症状为头痛、头昏、乏力、发热。口腔及消 化道症状表现为齿龈红肿酸痛、糜烂出血、牙齿松动、龈槽溢脓，口腔有 臭味，并有恶心、呕吐、食欲不振、腹痛、腹泻。皮肤接触可出现红色斑 丘疹，以四肢及头面部分布较多。少数患者可有肾损害，个别严重者可有 咳嗽、胸痛、呼吸困难、绀紫等急性间质性肺炎的表现。 水银收集处理方法是，用湿润的小棉棒或胶带纸将洒落在地面上的水银粘 集起来，放进可以封口的小瓶中，如饮料瓶等塑料瓶，并在瓶中加入少量 水，瓶上写明“废弃水银”等标识性文字，交给本单位或社区居委会废液 管理人员处理或送到环保部门专门处理。
物理化学 绪论
(5) 课堂上要做好笔记，积极开展讨论，勤于 思考，培养自学和独立工作的能力。
主要参考教材： （1）物理化学简明教程（第三版） ，印永嘉，高 等教育出版社 1992 （2）“物理化学”第五版,傅献彩，沈文霞，姚天 扬；高等教育出版社，2005。 （3）物理化学（第四版） 天津大学物理化学教研 室编 高等教育出版社 2001 （4）基础物理化学 蔡炳新编 科学出版 社 2006年,第二版 （5）“Physical Chemistry”5th ed.,P.W.Atkins; Oxford University Press, 1998.
农业 化学 药物 化学
环境学 地科
环境 化学 地球 化学 生物 化学 医用 化学
化学
生物
林业 化学
林学
医学
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(6)从研究平衡态到研究非平衡态 经典热力学只研究平衡态和封闭体系或 孤立体系，然而对处于非平衡态的开放体系 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。
比利时物理化学家普里高京 ,把热力学第二定律扩展到研究非平衡 把热力学第二定律扩展到研究非平衡 态热力学现象，用于处理远离平衡态的非线性不可逆过程， 态热力学现象，用于处理远离平衡态的非线性不可逆过程，提出 了著名的"耗散结构 理论，荣获1977年诺贝尔化学奖。 耗散结构"理论 年诺贝尔化学奖。 了著名的 耗散结构 理论，荣获 年诺贝尔化学奖
王镜岩生物化学经典课件0绪论考研必备学生物化学必备
4.注重学习科学思维的方法和实验技能。生物化学与 分子生物学是一门实验学科，绝大局部知识和理论都是通过 实验发现的，了解重要科学发现的思路和主要途径，对于培 养学生科学思维的能力和创新能力十分重要。本课程的教学 过程中将会介绍一些相关的内容，希望引起同学的足够重视。 实验技能对于获取新知识十分重要，一定要给与足够的关注， 阅读相关的书籍，进展必要的实验技能训练。
五．生物化学与分子生物学 同有关学科的关系
1.生物化学与分子生物学是生物学深层次问题的研究和 探索，已深入到生命科学的各个分支学科。
2.生物化学与分子生物学是对化学领域最复杂研究对象 的研究和探索，引起化学工作者广泛的关注。
3.生物化学与分子生物学为农学、医学和食品科学提供 理论依据和研究手段，推动了这些学科的长足开展。
二．生物化学与分子 生物学的研究范畴
〔一〕生物体的组成物质： 即静态生物化学，上册
共18章，重点是糖类〔1 章〕、脂类〔1章〕 、蛋白 质〔5章〕 、酶〔4章〕 、 核酸〔4章〕的构造和功能， 其中第16章抗生素、第17章 激素和第18章生物膜只作一 般性介绍。 复杂性
组成物质多；分子大； 空间构造复杂。 规律性
5.注重与数理化特别是化学知识的联系。生物化学与 分子生物学是以数理化特别是化学为根底的。用化学理论 来探索生物体的物质组成、有关物质的性质和代谢、与此 相关的研究方法，构成了生物化学与分子生物学的根本内 容，因此，学习生物化学与分子生物学一定要有很好的化 学根底。数学、物理学和信息科学为生物化学与分子生物 学提供研究思路和手段，生物化学与分子生物学的许多重 大突破是由化学家和物理学家完成的，从一个侧面说明了 数理化对于生物化学与分子生物学十分重要。
五．生物化学与分子生物学 同有关学科的关系
1.生物化学与分子生物学是生物学深层次问题的研究和 探索，已深入到生命科学的各个分支学科。
2.生物化学与分子生物学是对化学领域最复杂研究对象 的研究和探索，引起化学工作者广泛的关注。
3.生物化学与分子生物学为农学、医学和食品科学提供 理论依据和研究手段，推动了这些学科的长足开展。
二．生物化学与分子 生物学的研究范畴
〔一〕生物体的组成物质： 即静态生物化学，上册
共18章，重点是糖类〔1 章〕、脂类〔1章〕 、蛋白 质〔5章〕 、酶〔4章〕 、 核酸〔4章〕的构造和功能， 其中第16章抗生素、第17章 激素和第18章生物膜只作一 般性介绍。 复杂性
组成物质多；分子大； 空间构造复杂。 规律性
5.注重与数理化特别是化学知识的联系。生物化学与 分子生物学是以数理化特别是化学为根底的。用化学理论 来探索生物体的物质组成、有关物质的性质和代谢、与此 相关的研究方法，构成了生物化学与分子生物学的根本内 容，因此，学习生物化学与分子生物学一定要有很好的化 学根底。数学、物理学和信息科学为生物化学与分子生物 学提供研究思路和手段，生物化学与分子生物学的许多重 大突破是由化学家和物理学家完成的，从一个侧面说明了 数理化对于生物化学与分子生物学十分重要。
清华大学-朱文涛《物理化学》课件(830页全)
➢ 是物性参数 ➢ 不易测定
(3) 对比参数和对比状态：
➢ 定义： Tr
➢ 范氏对比方程：
T Tc
pr
p pc
Vr
Vm Vc
1881年将范氏方程应用于临界点并进行纯数学处理，得到
a 3pcVc2
代入原方程并整理
b
1 3
Vc
R 8 pcVc 3 Tc
pr
3 Vr2
Vr
➢ 理想气体的定义及方程的用途 定义：在任意温度和压力下都严格服从 理想气体状态方程的气体
用途：对于一定量的理想气体，pVT中有一个 不独立。所以p可叙述为：将物质的量 为n的理想气体置于一个温度为 T体积 为V的容器中，气体所具有的压力。
➢ 理想气体的微观模型： (1) 分子是几何点
(2) 无分子间力
例如：
水蒸气, p T=const. 水
➢ 是液体的性质：表示液体挥发的难易。其大小决 定于液体所处的状态(主要决定于温度)。
➢ 沸点：蒸气压＝外压时的温度，通常是指蒸气压＝ 101325 Pa，称(正常)沸点。
(2) 临界参数和临界点： ➢ 定义：
Tc——利用加压手段使气体液化的最高温度 pc——在临界温度时使气体液化所需的最小压力 Vc——在临界温度和临界压力时气体的摩尔体积
绪论 Introduction 一、什么是物理化学
(3) 对比参数和对比状态：
➢ 定义： Tr
➢ 范氏对比方程：
T Tc
pr
p pc
Vr
Vm Vc
1881年将范氏方程应用于临界点并进行纯数学处理，得到
a 3pcVc2
代入原方程并整理
b
1 3
Vc
R 8 pcVc 3 Tc
pr
3 Vr2
Vr
➢ 理想气体的定义及方程的用途 定义：在任意温度和压力下都严格服从 理想气体状态方程的气体
用途：对于一定量的理想气体，pVT中有一个 不独立。所以p可叙述为：将物质的量 为n的理想气体置于一个温度为 T体积 为V的容器中，气体所具有的压力。
➢ 理想气体的微观模型： (1) 分子是几何点
(2) 无分子间力
例如：
水蒸气, p T=const. 水
➢ 是液体的性质：表示液体挥发的难易。其大小决 定于液体所处的状态(主要决定于温度)。
➢ 沸点：蒸气压＝外压时的温度，通常是指蒸气压＝ 101325 Pa，称(正常)沸点。
(2) 临界参数和临界点： ➢ 定义：
Tc——利用加压手段使气体液化的最高温度 pc——在临界温度时使气体液化所需的最小压力 Vc——在临界温度和临界压力时气体的摩尔体积
绪论 Introduction 一、什么是物理化学
《物理化学》(天津大学)课件 绪论
<<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？
绪论
§0.1 物理化学 一门无处不在的学科
化学是自然科学中的一门重要学科，是研究物质的 组成、性质与变化的科学。
由于化学研究的内容几乎涉及到物质科学和分子科 学的所有方面，因而近年来开始被人们称之为“中心科 学”。
物理化学是化学的理论基础，概括地说是用物理的 原理和方法来研究化学中最基本的规律和理论，它所研 究的是普遍适用于各个化学分支的理论问题，所以物理 化学曾被称为理论化学。
有人惊呼物理化学已经成为“消失于无处不在的学
科”。
6
SUCCESS
THANK YOU
2020/2/8
如何将宏观与微观世界联系起来？
量子力学
（微观的方法）
统计力学
化学热力学
（宏观的方法）
统计热力学从微观层次阐明了热力学、动力学 的基本定律和热力学函数的本质以及化学系统的性质和 行为，不仅使人们对物质本质及化学过程的认识大大深 化，并使计算化学有了飞跃的发展，为人们实现通过计 算代替实验来研究化学的梦想打下了基础、打开了大门。
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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？
绪论
§0.1 物理化学 一门无处不在的学科
化学是自然科学中的一门重要学科，是研究物质的 组成、性质与变化的科学。
由于化学研究的内容几乎涉及到物质科学和分子科 学的所有方面，因而近年来开始被人们称之为“中心科 学”。
物理化学是化学的理论基础，概括地说是用物理的 原理和方法来研究化学中最基本的规律和理论，它所研 究的是普遍适用于各个化学分支的理论问题，所以物理 化学曾被称为理论化学。
有人惊呼物理化学已经成为“消失于无处不在的学
科”。
6
SUCCESS
THANK YOU
2020/2/8
如何将宏观与微观世界联系起来？
量子力学
（微观的方法）
统计力学
化学热力学
（宏观的方法）
统计热力学从微观层次阐明了热力学、动力学 的基本定律和热力学函数的本质以及化学系统的性质和 行为，不仅使人们对物质本质及化学过程的认识大大深 化，并使计算化学有了飞跃的发展，为人们实现通过计 算代替实验来研究化学的梦想打下了基础、打开了大门。
物理化学大纲
物理化学
学分：5.5
学时：88
先修课程：《高等数学》、《普通物理学》、《无机化学》、《分析化学》、《有机化学》等
适用专业：化工学院、材料学院化学、化工类各专业
选用教材：天津大学物理化学教研室编《物理化学》（上、下册）2009年5月第五版、或胡英主编《物理化学》（上、下册）1999年第四版
开课院部：
撰写人：
撰写时间：
审定人：
批准人：
一、课程性质与目的：
物理化学是工课院校化工类型、化工专业的一门重要的基础理论课，它不仅要为后修课程《化工热力学》、《反应工程》、《分离工程》、《高分子物理》等课程打基础、在教学过程中还要运用本课程所特有的思维方法（逻辑推理—形式逻辑）和处理问题的方法（如宏观的热力学方法等）来诱发学生的智能并培养学生分析问题和解决物理化学问题的能力，并为以后进一步学习专业和工作打下基础。
二、课程内容和基本要求
（一）绪论
1、教学内容
（1）物理化学课程设置的目的和任务。
（2）物理化学课程的特点和学习方法。
（3）对学生学习上的要求。
2、基本要求
使学生初步了解什么叫物理化学，为什么要学物理化学，以及如何学好物理化学。（二）气体
1、教学内容
（1）理想气体及状态方程、分压定律、分体积定律。
（2）真实气体与Van der Waals方程。
（3）气体的液化及临界状态。
（4）对应状态原理及压缩因子图。
2、基本要求
（1）熟悉各种形式的理想气体状态方程，分压定律、分体积定律及其应用，学会用压缩因子图进行真实气体的P、V、T关系的计算。
（2）除范式外的其它真实气体状态方程不作统一要求，由主讲教师根据实际情况决定取舍。
物理化学实验绪论
绪
Ⅰ．物理化学实验的目的、要求和注意事项
一、物理化学实验的目的
物理化学实验课是继无机化学、分析化学、有机化学实验之后的一门基础实验课程。它综合了化学领域中各分支所需要的基本研究工具和方法。它的目的主要是：、使学生掌握物理化学实验的基本方法和技能，从而能够根据所学原理设计实验、选择和正确地使用仪器。
、培养和锻炼学生观察现象，正确记录数据和处理数据、分析实验结果的能力，使学生具备严肃认真、实事求是的科学态度和作风。
、验证所学的物理化学基本原理，巩固和加深对物理化学原理的理解，提高学生对化学知识的灵活运用的能力。
二、物理化学实验前的准备
准备一本实验数据记录本。
对实验教材以及有关参考资料，附录，仪器的使用说明书等进行仔细地阅读。
3.认真阅读与实验有关（实验原理、实验操作、实验注意事项等）的简答问题，做好准备在实验开始前将进行实验预习检查。
4然后写出实验的预习报告，预习报告应包括的内容是：实验目的，简要的操作步骤、实验时的注意事项、需测量的数据列出空表格，并请于实验的前一天交给实验指导老师批阅。不按时交预习报告者指导老师有权拒绝其进实验室做实验，并不给予补做。
三、实验过程中应注意的事项
1
序。
器设备必须认真阅读使用说明书，弄懂弄明白后再动手组装实验装置。
懂，防止意外事情发生。不经老师允许不要任意改动实验步骤。确有改动的必要，事先应和老师共同讨论，老师同意后再更改。
自己处理不了应及时报告老师协助解决。
实验数据记录本上，不允许用单张零纸记录，
不允许私造数字硬凑结果。尽量采用表格形式，养成认真记录的习惯。
清华大学《物理化学》朱文涛教授课程资料(831页完全)
pVZnRTpV mZRT
(1) Z的意义：压缩因子。Z与1的差值 代表气体对理想气体的偏差 程度，理想气体的Z＝1。
pVZnRTpV mZRT
(2) 如何求Z：Z不是特性参数，随气体状态而改变 Z = f(T, p)
Z pVm 代入对比参数 ( pcpr)(VcVr)
RT
R(TcTr )
pcVc RTc
➢ 低压实际气体可近似当作理想气体
二、分压定律 (The Law of Partial Pressure) 1. 分压：在气体混合物中，定义
pBxBp
p B xB pp xBp
B
B
B
∴ pB代表组分气体B对气体混合物压力的贡献。
Hale Waihona Puke Baidu
2. 分压定律： 对理想气体混合物
pBpB x nVR xB T(nB V )xR TnB V RT
本章小结：
理想气体状态方程 气体计算方法 实际气体状态方程
压缩因子图
第二章 热力学第一定律 Chapter 2 The First Law of Thermodynamics
➢ 热力学的任务：方向、限度、能量转换、宏观性质 ➢ 热力学的特点：(1) 研究对象：N > 1020
(2) 宏观方法 (3) 无涉及时间因素 ➢ 本章目的： (1) 能量转换规律 (2) 物化学习方法
(1) Z的意义：压缩因子。Z与1的差值 代表气体对理想气体的偏差 程度，理想气体的Z＝1。
pVZnRTpV mZRT
(2) 如何求Z：Z不是特性参数，随气体状态而改变 Z = f(T, p)
Z pVm 代入对比参数 ( pcpr)(VcVr)
RT
R(TcTr )
pcVc RTc
➢ 低压实际气体可近似当作理想气体
二、分压定律 (The Law of Partial Pressure) 1. 分压：在气体混合物中，定义
pBxBp
p B xB pp xBp
B
B
B
∴ pB代表组分气体B对气体混合物压力的贡献。
Hale Waihona Puke Baidu
2. 分压定律： 对理想气体混合物
pBpB x nVR xB T(nB V )xR TnB V RT
本章小结：
理想气体状态方程 气体计算方法 实际气体状态方程
压缩因子图
第二章 热力学第一定律 Chapter 2 The First Law of Thermodynamics
➢ 热力学的任务：方向、限度、能量转换、宏观性质 ➢ 热力学的特点：(1) 研究对象：N > 1020
(2) 宏观方法 (3) 无涉及时间因素 ➢ 本章目的： (1) 能量转换规律 (2) 物化学习方法
物理化学(绪论)
研究目的 —— 物理化学主要是为了解决生产
实际和科学实验中向化学提出的理论问题，揭示化
学变化的本质，更好地驾驭化学，使之为生产实际
服务。 如有机化学家应用动力学探索反应机理，应
物 理 化 学
来自百度文库
用结构化学知识研究反应中间体的结构和稳定性； 无机化学家应用热力学原理研究无机材料的性质 及稳定性；分析化学家应用光谱分析确定未知样 品的组成。
了物质质量守恒定律和倍比定律。在电化学领域伏 打、法拉第进行了最初的研究。 19世纪初1804年道尔顿的原子论诞生。1807年 阿佛加德罗的分子论初建立。
物 立的分支，并得到了巩固。1838年盖斯确立了热量 理 守恒定律，这个定律促使了热化学科学的建立。 化 卡诺、焦耳、克劳修斯、汤姆逊等热力学两个基 学 本定律的发现，对物理化学的发展起到了重要作用。
物 理 化 学
原料(T0,p0)→反应物(T,p)→产物(T,p)→产品(T0,p0) 第三过程主要是分离提纯的过程，气液组分涉 及到蒸馏、精馏和萃取等操作过程，液固组分涉及
到结晶、过滤和干燥等操作过程。这些操作都服从
热力学中的相平衡规律。 在化学过程中，除了热反应外，还有电化学反 应，服从物理化学中的电化学规律。一些特殊反应 ，如光化反应、催化反应，都在动力学中介绍。在
物理化学的研究内容： (1)化学热力学 研究化学变化过程（包括相 变过程）的能量转换及化学变化的方向和限 度问题；
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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
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
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
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。
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)
1.物理量的表示: 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
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
Hale Waihona Puke Baidu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
学习，才能一次比一次加深理解。
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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
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
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物理量的表示及运算
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。
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)
1.物理量的表示: 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
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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
Hale Waihona Puke Baidu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。