最新材料物理化学2课件.
物理化学2010-II-7a
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5/31/2020
离子迁移数的定义
把离子B所运载的电流与总电流之比称为离子B
的迁移数（transference number）用符号 tB 表示。
其定义式为：
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5/31/2020
离子的电迁移现象
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5/31/2020
离子电迁移的规律：
1.向阴、阳两极迁移的正、负离子物质的量总和恰好等 于通入溶液的总电量。
2.
阳极部电解质物质的量的减少 阴极部电解质物质的量的减少
正离子所传导的电量(Q 负离子所传导的电量(Q
) )
=
正离子的迁移速率(r 负离子的迁移速率(r
) )
如果正、负离子荷电量不等，如果电极本身也发 生反应，情况就要复杂一些。
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5/31/2020
离子的电迁移率
离子在电场中运动的速率用公式表示为：
r U (dE / dl) r U (dE / dl)
式中 dE dl 为电位梯度，比例系数 U 和 U 分别称为正、 负离子的电迁移率，又称为离子淌度（ionic mobility）， 即相当于单位电位梯度时离子迁移的速率。它的单位是
离子的电迁移现象
1．设正、负离子迁移的速率相等，r r，则导电任
务各分担2mol，在假想的AA、BB平面上各有2mol正、 负离子逆向通过。
当通电结束，阴、阳两极部溶液浓度相同，但比 原溶液各少了2mol，而中部溶液浓度不变。
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材料物理学第2章-2PPT课件
2021/3/29
13
三、纳米表面工程
1.纳米表面工程的内涵
纳米表面工程是以纳米材料和其它低维非平衡 材料为基础，通过特定的加工技术、加工手段, 对固体表面进行强化、改性、超精细加工,或赋 予表面新功能的系统工程。 纳米表面工程是在纳米科技产生和发展的背景 下，对固体表面性能、功能和加工精度要求越 来越高的条件下产生的。
2021/3/29
9
3.离子束技术
（1）离子注入材料表面改性 （2）等离子体源离子注入 （3）离子束沉积
一次离子束沉积
二次离子束沉积，或叫离子束溅射沉积
（4）离子束增强沉积
将离子注入和薄膜沉积两者融合为一体的材料表面改 性新技术。
离子束增强沉积技术可以提高膜与基体间的附着力， 改善膜的耐蚀性和耐用磨性，并能改变膜的应力提高 光学磁学性质。
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10
4.激光表面改性
激光表面改性始于20世纪80年代，其技术决定 于3个因素：激光类型、激光应用方式及所处 理材料的种类。 （1）激光表面热处理 激光使表面升温，达到退火和回火的目的。 （2）激光熔化处理 熔化后快速冷却，会产生非晶层或纳米结构
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11
激光辐照后将材料表面加热到熔点以上，并在 表面形成熔区（熔池）在光束停止辐照后，熔 体快速凝固导致材料表面组织和性能发生改变 的种工艺。 （1）激光熔凝 （2）激光非晶化 （3）激光熔覆 （4）激光表面合金化
2021/3/29
3
4.界面在复合材料中的作用
表面当淀积材料后就成为界面。
在复合材料中， 材料的复合是通过界面直接接 触实现的 ；
因此界面的微观结构和性质将直接影响其结合 力性质、粘合强度和复合材料的力学性能以及 物理功能；
物理化学课件
热力学第一定律在物理学和化学 领域中具有重要地位，它为解释 许多自然现象提供了基础。
热力学第二定律
内容
热力学第二定律指出，热量总是从高 温物体传导到低温物体，而不能反过 来。也就是说，热量传递的方向总是 从高到低，不能反过来。
意义
热力学第二定律表明了自然界的某种 方向性，它限制了某些自然过程的进 行方式。
VS
详细描述
光化学第一定律指出，在一定温度和压力 下，光化学反应的速率与辐射能量成正比 。这个定律对于研究光化学过程和设计光 化学设备具有重要意义。
光化学第二定律
总结词
光化学第二定律是描述光化学过程中辐射能 量与化学反应途径关系的物理化学定律。
详细描述
光化学第二定律指出，在一定温度和压力下 ，一个光化学反应的速率与反应途径中各个 步骤的辐射能量差成正比。这个定律对于研 究光化学反应机理和设计光化学合成路线具 有重要意义。
化学平衡
内容
化学平衡是指化学反应中反应物和生成物之间的平衡状态。在一定条件下，反 应物和生成物之间的浓度不再发生变化，达到动态平衡。
意义
化学平衡是化学反应中一个重要的概念，它帮助我们了解反应进行的程度和方 向。
化学反应速率
内容
化学反应速率是指单位时间内反应物消耗或生成物产生的速率。通常用单位浓度 的变化量表示。
复杂系统与跨尺度研究
总结词
跨学科、多尺度研究
详细描述
物理化学在复杂系统和跨尺度研究方面具有独特的优势 。复杂系统研究涉及多个相互作用因素，需要综合运用 物理、化学和生物等学科的知识来理解和预测系统的行 为。跨尺度研究则要求科学家从原子、分子到纳米、宏 观等不同尺度上理解和控制化学过程，物理化学为解决 这些问题提供了有效的方法和工具。
材料物理化学第2章习题课.ppt
面也对环境散热；2)系统内能不变，输入的电功全
部用于向环境散热。
2.5A 补充题
水的膨胀系数为2.1×10-4/K。如果0.2 dm3水在 恒压1atm下升温25K，计算内能、功、热与焓。已 知C p , m
=75J/mol·K。膨胀系数是恒压下，升高
解1答K的体 积H 膨 胀Q 率p 。2 1 0 8 0752520.8kJ
2.3A 补充题 气 缸 内 pg(perfect gas) 反 抗 恒 外 压 绝 热 膨 胀 时 ， 成立吗？为什么？
解答 H Qp
不成立。
反抗“恒定的外压”指过程中环境压力不变，而对过程中 系统的压力没有约定，因此与恒压过程不是一个概念。而 仅在恒压过程中成立。
提示：恒压、恒外压与等压是三个有差别的概念。 H Qp
H U p V U n R T 7 0 . 9 J
2.15A 续 讨论题
1为什么下式不成立？
U C V d T H C p d T
2从数据上看，下式成立，这个关系能够证明吗？
H Q p W 2 9 .1 4 1 .8 7 0 .9 J
2.18A 补充题(高等数学的一道习题)
2.1
1原题：1摩尔pg在恒压下升温1K，求W。
2对
的非理想气体，功的表达式有变化
吗？为p什Vm么？b请R 用T文字回答。
解答
1恒压指：外压不变，且始终等于内压。
2没有。对
气体，考虑了自身
体 膨
积的 胀中
影，响这p，V 种m 因修b此正R 有并T修不正影项响b体。积但的是变，化在，升即温Δ体V积是
不变的，因此原结论成立。
是气瓶的10倍，即100升。气体为25℃、1atm，因
《无机材料物理化学》（2）
《⽆机材料物理化学》（2）第六章相平衡 P167§6-1 硅酸盐系统相平衡特点⼀、热⼒学平衡态与⾮平衡态（⼀）平衡态的特征与条件1．平衡态的特征2．条件——要达到平衡，在研究中（⼆）硅酸盐系统的特点（三）相图的指导意义⼆、硅酸盐系统中的组分、相及相律1．相律2．⾃由度数（F）3．相（P）4．凝聚系统的相律§6-2 单元系统⼀、⽔型物质与硫型物质（⼀）单元相图回顾（⼆）⽔型物质与硫型物质相图特征⼆、具有多晶转变的单元相图1．相区——4个；2．界线——5条（BF—晶转线）3．点——2个；（B点—晶转点）三、SiO2系统（⼀）相图简介1．各点、线、⾯的含义2．晶型转变点（⼆）SiO2多晶转变特点（三）多晶转变对⽣产的影响1．各种转变产⽣的体积效应2．体积效应对⽣产的影响（四）SiO2相图应⽤意义四、ZrO2系统 P173（⼀）最简单⼆元相图1．相图特征2．各点线⾯的含义3．析晶路程分析4．杠杆规则及应⽤（⼆）⽣成化合物的⼆元相图1．⽣成⼀个⼀致熔化合物的⼆元相图2．⽣成⼀个不⼀致熔化合物的⼆元相图3．⽣成⼀个固态分解化合物的⼆元相图（三）具有多晶转变的⼆元相图（四）⽣成固溶体的⼆元相图1．形成连续固溶体的⼆元相图2．形成有限固溶体的⼆元相图（五）形成⼆液分层的相图1．相图特征： P182图6-17 2．析晶路程： P182⼆、实际⼆元相图举例（⼀）分析⼆元相图的⼀般⽅法（⼆）Al2O3-SiO2相图1．相图特征 P184图6-202．相图应⽤及意义（三）MgO-SiO2相图1．相图介绍 P186图6-212．相图应⽤及意义三、凝聚系统相图测定⽅法 P186§6-4 三元系统 P188⼀、三元相图概述（⼀）组成表⽰法1．浓度三⾓形2．读数⽅法（⼆）浓度三⾓形中组成变化的规则1．等含量规则2．定⽐例规则3．背向性规则（四）重⼼原理1．重⼼位规则2．交叉位规则3．共轭位规则（五）最简单三元系统⽴体图与投影图1．⽴体图 P192图6-302．平⾯投影图3．温度表⽰法4．析晶路程分析 P192图6-30（C）（1）在初晶区内的析晶（2）在界线上的析晶（3）在三元⽆变点上的析晶（4）各相量的计算⼆、三元相图的基本类型（⼀）⽣成⼀个⼀致熔⼆元化合物的三元相图1．相图特征 P194图6-322．相图分析（⼆）⽣成⼀个不⼀致熔⼆元化合物的三元相图1．相图特征2．分析三元相图的⼏个重要规则（1）连线规则（2）切线规则（3）重⼼原理（4）三⾓形规则（5）划分副三⾓形的原则与⽅法3．析晶路程分析4．熔融（加热）过程分析（1）加热过程分析的⽬的（2）分析⽅法（三）⽣成⼀个固态分解的⼆元化合物的三元相图 P200图6-35 1．相图特征2．过渡点（R）的特性（四）⽣成⼀个⼀致熔三元化合物三元相图 P200图6-361．相图特征（五）⽣成⼀个不⼀致熔三元化合物的三元相图1．具有双升点（单转熔点）的类型2．具有双降点（双转熔点）的类型（六）其他类型简介1．具有多晶转变的相图 P202图6-392．形成⼀个⼆元连续固溶体的相图（1）相图特点（2）析晶路程分析⽰例3．具有液相分层的相图 P202图6-41（七）分析三元相图⽅法与步骤归纳1．怎样判读三元相图2．⾛析晶路程的⽅法归纳3．分析熔融路程的⽅法三、三元实际相图举例（⼀）K2O-Al2O3-SiO2相图1．相图介绍2．相图应⽤举例（⼆）MgO- Al2O3-SiO2相图1．相图介绍2．相图应⽤[18]补充条件：结合 P208图6-45中配料点12进⾏分析。
材料物理化学性能一、二、三章
试样质量m、温度T2 量热器热容q、 水的质量m0、比热容c0 、测量前水温T1 、 混合温度T3
测量时将试样投入量热器的水中，忽略量热 器与外界的热交换，按照热平衡原理
m0 c0 q T3 T1 C mT2 T3
2013-5-14
(1-15)
E T
CV ,m
C 上式表明， V，m 依指数规律随温度而变化，而不是从试验中 得出的按 T 3 变化的规律.导致这一差异的原因是爱因斯坦采用了 过于简化的假设.
E 3R e T
2
E T
(1-12)
忽略振动之间频率的差别是此模型在低温时不准确的原 因．德拜模型在这一方面作了改进，故能得到更好的结果。
(1)对于固体材料，热容与材料的组织结构 关系不大，见P141图 8-3 (2)相变时，由于热量的不连续变化，热容 出现突变。 (3)在室温以上不发生相变的温度范围，合 金的热容与温度间呈线性关系，一旦发生 相变，热容偏离直线规律，向下拐折。
17 2013-5-14
1.2热容的测量、热分析法的应用
将精确称重的待测试样由细线吊挂在加 热器中加热．加热后将待测试样迅速投入量 热器中进行测量．
混合法测量固体材料的比热容原理： 温度不同的物体混合之后，热量将由高温 物体传给低温物体．如果在混合过程中和 外界没有热交换，最后达到均匀稳定的平 衡温度，在此过程中，高温物体放出的热 量等于低温物体所吸收的热量，称为热平 衡原理．
10 2013-5-14
实验结果表明，材料的摩尔热容如下图1-1（P139图 8-2）所示，是随温度而变化的．
图1-1 NaCl的摩尔热容—温度曲线
物理化学第2章热力学第一定律
第二章热力学第一定律2.1 热力学的理论基础与方法1.热力学的理论基础热力学涉及由热所产生的力学作用的领域，是研究热、功及其相互转换关系的一门自然科学。
热力学的根据是三件事实：①不能制成永动机。
②不能使一个自然发生的过程完全复原。
③不能达到绝对零度。
热力学的理论基础是热力学第一、第二、第三定律。
这两个定律是人们生活实践、生产实践和科学实验的经验总结。
它们既不涉及物质的微观结构，也不能用数学加以推导和证明。
但它的正确性已被无数次的实验结果所证实。
而且从热力学严格地导出的结论都是非常精确和可靠的。
不过这都是指的在统计意义上的精确性和可靠性。
热力学第一定律是有关能量守恒的规律，即能量既不能创造，亦不能消灭，仅能由一种形式转化为另一种形式，它是定量研究各种形式能量(热、功—机械功、电功、表面功等)相互转化的理论基础。
热力学第二定律是有关热和功等能量形式相互转化的方向与限度的规律，进而推广到有关物质变化过程的方向与限度的普遍规律。
利用热力学第三定律来确定规定熵的数值，再结合其他热力学数据从而解决有关化学平衡的计算问题。
2．热力学的研究方法热力学方法是：从热力学第一和第二定律出发，通过总结、提高、归纳，引出或定义出热力学能U，焓H,熵S,亥姆霍茨函数A,吉布斯函数G；再加上可由实验直接测定的p,V,T等共八个最基本的热力学函数。
再应用演绎法，经过逻辑推理，导出一系列的热力学公式或结论。
进而用以解决物质的p,V,T变化、相变化和化学变化等过程的能量效应(功与热)及过程的方向与限度，即平衡问题。
这一方法也叫状态函数法。
热力学方法的特点是：(i)只研究物质变化过程中各宏观性质的关系，不考虑物质的微观结构；(ii)只研究物质变化过程的始态和终态，而不追究变化过程中的中间细节，也不研究变化过程的速率和完成过程所需要的时间。
因此，热力学方法属于宏观方法。
2.2 热力学的基本概念1.系统与环境系统：作为某热力学问题研究对象的部分；环境：与系统相关的周围部分；按系统与环境交换内容分为：（1）敞开系统(open system) ：体系与环境间既有物质交换又有能量交换的体系。
物理化学二章节-PPT课件
的效率最大, 此效率与工作物质无关, 只与两热源的
温度有关, 此书的基本结论即为卡诺定理. • 卡诺当时是用热质论来证明卡诺定理的, 后来 Kelvin和Claudius对卡诺的工作进行了修正, 用热力
每次碰撞，小球的部分动能会转变为热能损失掉。 此过程的逆过程的发生几率极其微小。
第二定律的表述
19世纪英国卓越的科学家。 原名W.汤姆孙 (Wil-liaM ThoMson)，1824－1907。 英国政府于1866年封他为 爵士，1892年封为男爵， 称为开尔文男爵，以后他 就改名为开尔文。
• Kelvin:
• No process is possible in which the sole result is the absorption of heat from a reservoir and its complete conversion into work.
• 从单一热源取出热使之完全变 成功，而不发生其它变化是不 可能的。
风的走向
• 空气的流动形成风 • 风的流动：从高压处流向低压处
• 风的流动因磨擦将空气的势能变为 热能而散失。 • 风的逆向流动是不可能的。
电的输送
• 电流总是从电压高的一端流向电压低的 一端，即电子由电压低的一端流向电压 高的一端。
• 电子的流动须克服电路的电阻，其结果 是电能（功）转变为热能（电灯光等）。
水的流动
• 水自发流动的方向：
• 从地势高的地方流向低的地方 • 自发从低处流向高处是不可能的
• 水从长江源头流至东海，损失了势能， 放出了热能。
• 1m3水从沱沱河(5000m)流到崇明岛(0m)： • 热量＝势能＝5×107J＝13.9度电能 • 欲长江黄河的水倒流，除非能将损失的 热量收集起来，使之全部转化为功，并 还给河水。实际上这是作不到的。
物化与胶化热力学第二定律课件
0
或
(
Q T
)R
0
证明如下： (1)在如图所示的任意可逆
循环的曲线上取很靠近的PQ过程；
(2)通过P，Q点分别作RS和TU两条可逆绝热膨胀线，
(3)在P，Q之间通过O点作等温可逆膨胀线VW，使两个 三角形PVO和OWQ的面积相等，
这样使PQ过程与VW过程所作的功相同。
同理，对MN过程作相同处理，使XY折线所经过程作
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2020/10/17
熵增加原理
如果是一个孤立体系，环境与体系间既无热 的交换，又无功的交换，则熵增加原理可表述为： 一个孤立体系的熵永不减少。
(dS)孤 0 或者 (S)孤 0
孤立体系内发生的一切可逆过程，体系的熵值不变，即
dS 0 ；发生的一切不可逆过程都将是熵增加的，即 dS 0 ；
从而使众多小卡诺循环的总效应与任意可逆循 环的封闭曲线相当，所以任意可逆循环的热温商的 加和等于零，或它的环程积分等于零。
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2020/10/17
熵的引出
用一闭合曲线代表任意可逆循环。 在曲线上任意取A，B两点，把循环分成AB和 BA两个可逆过程。
根据任意可逆循环热温商的公式：
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2020/10/17
卡诺循环（Carnot cycle）
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2020/10/17
卡诺循环（Carnot cycle）
过程3：等温(TC)可逆压缩由 p3V3 到 p4V4(CD)
U3 0
W3
n R Tc
ln V4 V3
Qc W3
环境对体系所作功如DC曲线下的面积所示
【高中化学】新型无机非金属材料+课件+高一下学期化学人教版(2019)必修第二册
性能
应用
——
纳米汽车
比表面积大，强 度高、优良电化 学性能
复合材料、电池、 传感器
电阻率低、热导 光电器件、超级 率高，高强度 电容器、电池和
复合材料
跟踪强化
【教材P25 T2】
⑧⑩
③④⑤⑥⑦⑨ ①②③④
二、二二氧氧化硅化S硅iO的2 结构
Si O
共价晶体
分子晶体
立体网状结构
每1个Si原子周围结合4个O原子，同时每1个O原子周围结
合2个Si原子相结合，所以SiO2晶体是以1:2的比例组成正四面 体的立体网状结构。
SiO2表示二氧化硅的组 成（化学式）
决定了SiO2具有优良的 物理和化学性质
二、二结氧构化硅与S性iO质2 的关系 结构决定性质
硅藻土
天然的二氧化硅也叫硅石。 石英晶体是结晶的二氧化硅。 石英、水晶的主要成分都是SiO2
二、二氧化硅SiO2
2、物理性质
物质 状态（常温）
SiO2 固体
CO2 气体
熔点
高 1610℃
-56.6℃
沸点 水溶性
高 2230℃ 难溶
-78.5℃ 1：1
硬度
大
思考：为什么SiO2和CO2的物理性质差异很大？
正四面体的立体网状结构
物理性质
硬度大，熔点高， 难溶于水
化学性质
3、SiO2 的化学性质
①酸性氧化物
装装N碱a性O溶H溶液液的的试试剂剂瓶瓶用是橡 什胶么 塞样子的呢？
与强碱溶液反应： SiO2+2NaOH == Na2SiO3 + H2O
与碱性氧化物反应：SiO2
+
物理化学课件二组分体系相图
假定 H vap m的值与温度无关，积分得：
lnp2 vapHm(11)
p1
R T1 T2
这公式可用来计算不同温度下的蒸气压或摩尔蒸发热。
6.2.2 Clapeyron方程
三条两相平衡线的斜率均可由Clausius-Clapeyron 方程或Clapeyron方程求得。
f * * = （ 3 - 1 ） - 1 + 0 = 1 （ X B ）
d ） T = 4 5 0 ℃ , P = 1 5 0 P θ , 有 催 化 剂 , 发 生 反 应
投 料 比 ： N 2 ∶ H 2 = 1 ∶ 3 R ’ = 1 f * * = （ 3 - 1 - 1 ） - 1 + 0 = 0
注意：
a ） 独 立 的 浓 度 限 制 条 件 （ 初 始 条 件 或 分 解 ）
说明：不同物质在同一相中的浓度限制条件 R’=0 C a C O 3 （ s ） → C a O （ s ） + C O 2 （ g ）
b ） 独 立 的 化 学 反 应 数 “ R ” 表 示
化 学 平 衡 时 ， 平 衡 常 数 限 制 浓 度
d dT PV Sii,,m m
Si,m Vi ,m
Si,m Vi,m
相变摩尔熵 相变摩尔体积
Si,m
Hi,m T
得：
dP H i,m
Clapeyron equation 适用于纯物质两相
dT
TVi , m
平衡
6.2.2 Clapeyron方程
在一定温度和压力下，任何纯物质达到两相平 衡时，蒸气压随温度的变化率可用下式表示：
§ 6.1.1 基本概念
相（phase） 体系内部物理和化学性质完全均
高分子物理课件02高分子链的结构
★链段与柔性 ☆链段的意义 由于分子内旋受阻而在高分子链中能够自由旋转的单元长度。是描述柔性的尺度。 ☆链段与柔性的关系 同一高聚物，高温下，链段短（链段中的链节数量少），则柔性大；低温下，链段长 （链段中的链节数量少），则柔性差。（生活中塑料冬天硬夏天软之原因） 不同高聚物，同一温度下，链段越短，柔性越大；反之，刚性越大。 实例：聚异丁烯（链段：20～25个链节）柔性＞聚氯乙烯（链段：75～125个链节）
旋转图每逆时针旋转60o的构象分解
反式
60o 旁式
60o
重式
60o
顺式
60o
重式
60o
旁式
60o 反式
C
U
C
0o 60o 120o 180o 240o 300o 360o θ
旋转过程中的位能变化
C C
高分子链的内旋转
旋转过程中构象不断变化，位能（U）也不断变化。旋转的难易取决于旋转位能的的 高低，位能越低越容易旋转。分子结构不同，位能不同，一般电负性大、取代基多或大， 位能越大。
C
C
CC
CC
CC
C
C
H H HH H
HH H
H
反式-1，4-聚丁二烯
项目2 课件二
构象与柔性
§2-2 高分子链的构象与柔性
柔性 是指大分子链有改变分子链形态的能力。原于σ键的内旋转。
一、高分子链的内旋转 ★分子链的内旋转 以小分子二氯乙烷的内旋转为例。
－氯原子 －碳原子 σ
§2-2 高分子链的构象与柔性
△取代基为脂肪烃对高分子链柔性的影响
规律：脂肪烃链越长，大分子间距离越大，作用力小，内旋转容易，柔性越大。
材料化学(第2版)作者曾兆华、杨建文编著第一章课件全
52
实践性：
生物医药领域生物相容性材料：例如设计特殊的金属合金和聚合物涂层，以保护人体组织不与人工骨头置换体或其他植入物相排斥;人造肾脏、血液氧合器、静脉过滤器以及诊断化验等;药物、蛋白质及基因的控制释放。
Chemicals：the utility lies primarily in their consumption.Materials: can be used repeatedly or continuously for an application that does not irreversibly convert them to something else.
Chapter1 Introduction
1.1 材料与化学
Materials and Chemistry
—— connected with function and, through that function, utilities.
11
Distinguish between
Chemicals and Materials
Chapter1 Introduction
12
Materials Science and Chemistry
Atomic-molecular level interaction
Macroscopic perspective
Chapter1 Introduction
13
材料的发展
美国海军用0.5马力陶瓷发动机
广州新电视塔摩天轮的16个“水晶”观光球舱，壳体采用新型高分子材料，晶莹剔透，能保证舱内游客对塔外景色一览无余。
美国最新型隐身战斗机F-22使用吸波材料和吸波涂层