第一章 热力学第一定律PPT课件

物理化学
绪论
一、物理化学的任务和内容 化学热力学: 研究化学反应能量转化及变化的方向和限度。
与化学变化密切相关的相变化、表面现象、电化学等。 化学动力学: 研究化学反应的速率和反应机理。 物质结构: 研究原子、分子、晶体结构及结构与性能的关
系。(其它课程中分散讲授基本知识)
二、物理化学在药学中的地位与作用 建立必要的理论与实验基础。
功(W): 除热外，系统与环境间传递的一切能量。 （质点有序运动）
符号：对系统而言，作功为负，得功为正。 性质：途径函数，微分表示为δW（与状态函数区别）
◆ 说系统某一状态有多少热或多少功是不正确的．根据过程 来计算Q 、W ，不是根据状态来计算．
体积功： 因V 变化传递的W（膨胀、压缩）。 δW体积＝-p外dV
T ---K，273.15K = 0℃
n ---mol
质量: kg ( 1 kg = 1000 g )
R ---8.314 J·K-1·mol-1
范德华实际气体状态方程
pVa2
Vb
nRT
五、过程与途经
常见的变化过程:
1、等温过程: 2、等压过程: 3、等容过程: 4、绝热过程:
T1= T2 = T环 p1 = p2 = p环 V1= V2 Q=0
1、自由（向真空）膨胀: p外= 0 , W = 0 ( 定容过程：dV = 0 , W = 0 )
2、恒定外压膨胀
(1) 一次膨胀或压缩过程： W体积＝ -VV12 p外dV ＝- p外( V2－V1 )
非体积功：除体积功外的其它功。如电功、表面功。
第三节 热力学第一定律
一、热力学第一定律的几种表述方式
实质是能量守恒。能量守恒原理应用到热力学系统中 。
二、内能 ( U ) 系统内部物质各种能量的总和。
性质：(1) U 是状态函数。系统处于某一状态，其U 有确定值。 根据始、终态计算ΔU。
对组成恒定的均相封闭系统， U = f ( T, p ) 或 U = f ( T, V )
（热力学上通常 系统+ 环境 = 孤立系统）
系统与环境物质和能量交换
系统与环境只有能量交换，无物质交换
系统与环境既无能量交换，也无物质交换。 （热力学上通常 系统+ 环境 = 孤立系统）
二、系统的性质 1、广度性质
与系统中物质的量成正比，如质量、体积、内能、熵等。 具有加和性。 2、强度性质
常见状态函数: 内能（U），焓（H），熵（S），吉布斯 函数（G）等（方便讨论问题或表示系统的整体性质）
常见状态变量: T，p，V，组成(浓度) ，质量等（通常易 直接测量）。
对纯物质或组成不变的均相封闭系统，系统的状态函数 只需用2个变量就足以确定。即
χ＝ｆ(T，p) 或 χ＝ｆ(T，V)
状态函数的特征:
第一章 热力学第一定律
第一节 热力学概论
一、热力学研究的对象和内容 研究宏观系统能量转换、变化的方向与限度。 化学热力学: 热力学基本原理应用于研究化学现象及与
化学有关的物理现象。
二、热力学的方法和局限性 演绎法(逻辑推理)。 可能性，不涉及时间的概念。（化学动力学---现实性） 平衡态热力学（主要是封闭系统）与非平衡态热力学（敞
理想气体:
3、状态方程 状态函数间的定量关系式。例如，
理想气体状态方程: pV = nRT
分子间无作用力； 分子本身无体积。 实际气体p→0 时
p---Pa、kPa、101325Pa=1atm=760mmHg
V ---m3，1 m3 = 1×103dm3 (即L) = 1×106cm3 (即mL)
开系统）。
第二节 热力学基本概念
一、系统与环境 系统: 划分出来作研究对象的部分。 环境: 与系统密切相关的部分（有物质、能量交换关系）。
ａ．敞开系统------系统与环境有物质和能量交换。 ｂ．封闭系统------系统与环境只有能量交换，无物质交换。 ｃ．孤立系统------系统与环境既无能量交换，也无物质交换。
dUU TpdTU pTdp
ΔU＝∮d U ＝０
dUU dTU dV Tp VT
(2) U 的绝对值无法知道，但只需知道ΔU（U2－U1）即可解 决问题。ΔU (J) 、ΔUm (J·mol-1)
三、热力学第一定律的数学表达式 封闭系统： ΔU = Q +W
dU＝δQ +δW ( W = W体+ W ′ )
(1) 系统的状态确定后，状态函数有确定的单一值（平衡态， 不随时间而变）．
(2) 状态函数的变化值，仅与始态、终态有关，与变化途径 无关．
(3) 状态函数的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ积分性质: 例如，全微分 dUU TpdTU pTdp
环路积分 ΔU＝∮d U ＝０（从始态回到始态）
(4) 状态函数的的集合（和、差、积、商）也是状态函数。
例如，滴眼液、注射液的等渗性质(溶液性质)；提取、分 离、冷冻干燥（水的相图）；预测药物有效期、药代动力学 的有关计算（化学动力学）；铺展、润湿性质与软膏剂基质 的选择、喷雾干燥（表面现象）等。
三、物理化学的学习方法 基本概念、定律的正确理解, 公式的应用条件。 基本计算，练习题。 微积分基本知识；常用物理量的单位（量纲）等。
以系统为主，对应上式规定：
Ｑ ：吸热为正，放热为负。 Ｗ ：得功为正，作功为负。
孤立系统：ΔU=0 敞开系统：ΔU ≠Q + W (有物质量的变化)
第四节 可逆过程与体积功
一、体积功
因V 变化传递的W（膨胀、压缩）。
W体积＝ - δW＝ - VV12 p外dV
二、功与过程
根据过程计算功。
膨胀过程
5、循环过程: 从始态变化回到始态。
途经: 完成某一状态变化所经历的具体步骤。
六、热与功 系统与环境的两种能量传递形式
能量（热、功、内能等）: Ｊ、kJ
( 1cal = 4.184 J )
热 (Q) : 系统与环境因T 不同而传递的能量．（质点无序运动） 符号: Q 对系统而言，吸热为正，放热为负． 性质∶途径函数，微分表示为δ Q （与状态函数区别）
与系统中物质的量无关，如温度、压力等。 不具有加和性。
三、热力学平衡态 系统的性质不随时间而变。 此时，同时存在热平衡、力平衡、相平衡、化学平衡。
四、状态函数与状态方程
1、状态: 系统处于某一状态，即系统具有确定的各种性 质．(组成、重量、温度、压力、体积、密度、内能等) 。
2、状态函数: 表示系统整体性质的函数。