物理化学绪论

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
如何将宏观与微观世界联系起来?
统计热力学 量子力学 化学热力学
(微观的方法)
(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。
§0.2 物理化学的目的和内容
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;
煤炭燃烧产生能量带动蒸汽机的运转。
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?
——这正是物理化学所研究的基本问题。
33
§0.2
物理化学的目的和内容
(1)遵循“实践—理论—实践”的认识过程,
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。如从 理想气体状态方程的提出到范德华方程的建立 就是遵循上述方法的。
§ 0.3 物理化学的研究方法
(2)综合应用微观与宏观的研究方法,
主要有:热力学方法、统计力学方法和量子力学
方法。
纳米反应器:化学家利用物理化学中胶体章节具有纳米尺
度的反胶束油包水作为纳米反应器,在这种软模板中合
成了各种无机、有机、高分子纳米粒子。
高催化活性的空心纳米反应器
相图是一个具有丰富内容的信息库。有人称“相
图是材料研究的拐棍”, 至今在发现新材料 如导电
陶瓷、微波材料、磁性材料等方面是不可缺少的手
“燃素说”
“能量守恒与转化定律”
§0.1 物理化学的建立与发展
物理化学十八世纪开始萌芽:
化学反应过程中 的能量关系
化学反应的规律
化学亲和力 化学 现象 化学平衡 电现象
www.1ppt.com
LOGO
§0.1 物理化学的建立与发展
原子分子理论
电离学说
化学元素周期律
物理化学
热力学第一、 第二定律
质量作用定律
段。
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
§0.5关于物理量的表示与运算
§0.1 物理化学的建立与发展
可燃的要素是一种气态的物质,存 在于一切可燃物质中,这种要素就 是燃素(phlogiston); 燃素在燃烧过程中从可燃物中飞散 出来,与空气结合,从而发光发热, 这就是火
赋予其物理意义,这样能达到意想不到的效果
§ 0.4 物理化学课程的学习方法
课前预习,课后复习,勤于思考,敢于提问,不怕争论, 培养自学和独立学习的能力。 多做习题,学会解题方法。很多东西只有通过解题才
能学到,不会解题,就不可能掌握物理化学。
参考书
参考书:
1.《物理化学学习指导》孙德坤主编 高等教育出版社 2007 2.《物理化学》天津大学教研室编(第五版)高等教育出版社 2009 3.《物理化学》 胡英主编 (第五版) 高等教育出版社 2007 4.《物理化学导学》 陈亚芍 科学出版社 2006 5.《物理化学解题指南》 冯霞 高等教育出版社 2009 6.《物理化学》 陈六平主编 科学出版社 2011 7.《近代物理化学》 朱志昂主编(第四版) 科学出版社 2008
计算 化学 材料 化学
计算
药学
药物 化学 天体 化学
化学
医用 化学
生物 化学
生物
天文
医学
§0.1
物理化学的建立与发展
(6) 从平衡态的研究到非平衡态的研究
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。 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
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。
量子力学
www.1ppt.com
LOGO
§0.1 物理化学的建立与发展
十八世纪中叶俄国科学
家罗蒙诺索夫(17111765)最早使用“物理化 学”这一术语。
罗蒙诺索夫
www.1ppt.com
LOGO
§0.1 物理化学的建立与发展
1887年德国科学家W.Ostwald(奥斯特瓦尔德) 和荷兰科学 家J.H. van’t Hoff(范霍夫) 合办的“物理化学杂志” (德文)创 刊。 <<Journal of Physical Chemistry>>
谚语云:卤水点豆腐,一物降一物。
为什么豆浆遇到一点卤水(主要含有MgCl2 )就会变成豆 腐呢? 豆浆:大量蛋白质, 表面带有负电荷并在表面有水膜生 成; 这种蛋白质溶液具有胶体的性质。在豆浆中加进卤水后, 由于离子与水的结合作用, 蛋白质颗粒的水膜首先遭到破坏, 然后Mg2+ 中和蛋白质的电性, 进而发生蛋白质分子大团聚的 过程, 这就形成了豆腐。
W. Ostwald (1853~1932)
J. H. van’t Hoff (1852~1911)
§0.1 物理化学的建立与发展
20世纪前期迅速发展 胶 体 化 学 物理化学 形成了许多
新测试手段和
新数据处理方法不
断涌现
新的分支领域,
如:
溶 液 化 学
§ 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
(3) 从静态到动态
(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
§0.1
物理化学的建立与发展
(1) 从宏观到微观
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
微观 (原子、分子)
纳米
§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
§ 0.5 物理量的表示与运算
物理化学中将涉及到许多物理量。如压力、温度、 体积、热力学能、焓和熵等。因此物理量的正确表示 及运算就构成本课程的重要组成部分。 1. 物理量的表示 2. 对数中的物理量
3. 量值计算
§ 0.5 物理量的表示与运算
1.物理量的表示
力学原理结合起来, 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
算一些热力学性质。
§ 0.3 物理化学的研究方法
量子力学方法:
用量子力学的基本方程(E.Schrodinger方
程)求解组成体系的微观粒子之间的相互作用及 其规律,从而揭示物性与结构之间的关系。
§ 0.3 物理化学的研究方法
态热力学这个学科分支。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?
温度变化
压力变化 体积变化

化学反应

化学
原子、分子间的分离与组合
密 不 可 分
相态变化
物理学 光

§0.2
物理化学的目的和内容
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
度,相同浓度下CaCl2 所含质点较多。)
润湿问题:超疏水性材料如荷叶, 海豚皮肤,自清
洁涂料等等;超亲水性材料如玻璃,超吸水性树脂
和超吸油性树脂
接触角与润湿作用
l-g s-g
Hg

s-l
完全不润湿
不润湿
能润湿
完全润湿
表面的防水与自洁作用
莲花效应
表面的防水与自洁作用
表面的防水与自洁作用
§0.2
物理化学的目的和内容
什么是物理化学?
物理化学 从研究化学现象和物理现象之间的相互联
系入手,借助数学和物理学的理论从而探求化学变化中
具有普遍性的包含宏观到微观的基本规律。 在实验方法上主要采用物理学中的方法。 作为化学的理论基础,物理化学主要由化学热力学、 化学动力学、结构化学三大支柱组成。
第八章 电解质溶液 第九章 可逆电池的电动势及其 应用

第十章wk.baidu.com电解与极化作用 第十一章 化学动力学基础(一)

第五章 相平衡
第六章 化学平衡 第七章 统计热力学基础
第十二章 化学动力学基础(二)
第十三章 表面物理化学 第十四章 胶体分散系统和大分 子溶液
§ 0.3 物理化学的研究方法
超疏水状态
不沾锅 不沾油 抹布
表面的防水与自洁作用
水在超疏水表面
石材表面的疏水作 用和保护
表面的防水与自洁作用
纳米自洁釉
建筑自洁玻璃
超临界流体萃取是分离科学中有划时代意义的科技进步,然
而这一高新技术是物理化学中临界状态、溶解度定律、二相
平衡的分配定律及焦尔一汤姆生效应这些基本内容相结合而 成。
行定量监测,做原位反应,如:
FT-IR NMR ESCA 化学分析电子光谱学 傅立叶转换红外线光谱 核磁共振
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: 材料
§ 0.3 物理化学的研究方法
•热力学方法: 是宏观的方法,其研究对象是由 众多质点组成的
宏观体系,它以热力学三大定律为基础,用一系列体
系的宏观性质(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和速率。
经典热力学方法只适用于平衡体系。
§ 0.3 物理化学的研究方法
•统计力学方法: 它主要是运用微观研究手段,把统计描述与量子
胶体聚沉的机制
热与功的转化:空调制冷致热
稀溶液依数性:“冰灾的时候为什么向公路上撒盐?”
利用凝固点下降原理,将NaCl和冰(或雪)混合,可
以使温度降低到251 K。CaCl2与冰(或雪)混合,可以使
温度降低到218 K。 冬季建筑施工时,为保证施工质量,常在浇注混凝土 时加入盐类,且加CaCl2效果较好。(降低混凝土的固化温
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
§ 0.4 物理化学课程的学习方法
数学证明法:针对该课程中的一些定律与公式具有相关性而
提出的从纯数学的角度,结合物理化学的一些基本公式,推
导各个定律与公式的相关性,如三大定律、三大常用判据等 ,甚至一些概念也可以通过这个方法得到相互关系与推导。 由表及里记忆法:很多记忆的知识先抛开物理化学中概念的 物理意义,纯粹从数学与字母的角度找规律进行记忆,然后
§ 0.4 物理化学课程的学习方法
注意各章节间及各物理量间的联系,要理解各物理量的物 理意义及特征,灵活掌握一些主要公式的使用条件。 列点对比法:针对该课程中基本概念繁杂而提出的,先将 概念横向分解成各个小的知识点,以表格或者点状的形式,
分成定义、公式、意义、应用条件等一一列举出来,然后
将相似的概念放在一起,纵向加以对比,这样可以使知识 明了、思路清晰。 例如:熵判据、亥姆赫兹函数判据和吉布斯函数判据
物理化学
陈桂芳
利用物理化学中的凝固点降低原 理、二组分体系相图并巧妙的设 计了一个电解槽装置才攻克了制 备的难关
音头采用高性能钕铁硼磁体和双膜球顶音膜, 灵敏度高
血液:血液细胞+血浆。细胞内的溶液与细胞外的
血浆必须各自维持一定浓度。 人在输液时, 进入血浆的溶液与血浆具有相等的渗透 压, 称为等渗溶液, 就生理盐水而言, 其质量分数为0. 9% 。 等渗溶液浓度的计算依据稀溶液的范特霍夫渗透压公式: ∏= cRT
§0.2 物理化学的目的和内容
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; 研究化学反应的速率和机 理问题及影响速率的因素
化学热力学
化学动力学
结构化学
物质的性质与其结构之间 的关系问题
www.1ppt.com
LOGO
章节目录
上册

下册

第一章 气体 第二章 热力学第一定律 第三章 热力学第二定律 第四章 多组分系统热力学及其 在溶液中的应用
相关文档
最新文档