,物理化学（上）,-,绪论,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,物理化学,物理化学,物理化学（上）,2006,年,2,月,物理化学（上）,物理化学,不难学！,物理化学,是方法论！,物理化学,是一种思维训练！,物理化学,是基本科研素质的培养！,物理化学-课件,一、物理化学课程内容介绍,物理化学,是化学学科的一个重要分支，是以,物理学的思想和实验手段,并借助数学、研究,化学体系,引为最一般的宏观、微观的规律和理论。,温度变化,电导率,仪,T,1,化学现象必然有物理现象的产生，,如：酸碱滴定反应,一、物理化学课程内容介绍 物理化学是化学学科的一,导电性变化,研究对象,：,化学问题,化学过程中的能量变化、平衡移动、反应速率、相态、表面等问题。,导电性变化研究对象：化学问题,酒精生产,酶催化反应 控制条件,化学动力学,v,T,热平衡,热力学问题,第一定律,第二定律,CH,2,=CH,2,+H,2,O,-,C,2,H,5,OH,CH,2,=CH,2,+H,2,SO,4,-,CH,3,CH,2,O SO,3,H,(CH,3,CH,2,O),2,SO,2,+H,2,O,-,CH,3,CH,2,OH+H,2,SO,4,此反应条件：温度,325,压力,1000,磅,/,平方吋,催化剂：磷酸、硅藻土,化学平衡,表面化学和胶体化学,酒精生产酶催化反应 控制条,转化率,4 5%,CH,3,CH,2,OH,水溶液,（溶液）多组分热力学,相平衡,反应速率问题,宏观和微观联系的桥梁,化学动力学,统计热力学,转化率 4 5%CH3CH2OH 水溶液（溶液,研究方法,：,物理手段,热量测量方法、压力测量方法、电学测量方法、光学测量方法等。,学习目的：,学会解决一般化学问题的基本方法；,初步培养科研技能。,研究方法：物理手段学习目的：,理论体系,：,化学热力学、化学动力学、结构量化等三大理论体系。,主要学习内容：,研究物质系统发生的,p,、,V,、,T,变化,，,相变化,和化学变化过程的基本原理，主要是,平衡规律和速率规律,以及与这些变化规律密切相关的结构及性质。,理论体系：主要学习内容：,1,、经典热力学与化学热力学,热力学,是一门研究各种形式能量相互转化规律的科学。,研究的对象,是由大量粒子（原子、分子、离子及其他微观结构单元）组成的宏观系统。,理论基础,是热力学第一、第二定律。,研究方法,是应用演绎法，经过逻辑推理，导出基本的热力学函数和一系列经典的热力学公式及结论,。,1、经典热力,2,、统计热力学基础,统计热力学,（或称“分子热力学”）是一门应用统计方法以求出由众多粒子所组成的微观性质和宏观性质间的相互关系之科学。,从微观角度去考察大量粒子集合运动的统计规律性，并确认体系的宏观物理量乃系大量粒子之某一微观力学行为的统计平均值。,本课程主要介绍麦克斯韦玻耳兹曼（,Maxwall-Boltzmann,）分布原理，又以能量量子化的观点并借助数学方法导出各重要公式，通过粒子的配分函数把粒子的微观性质与系统的宏观性质联系起来，用以阐述宏观系统的平衡规律，同时还讨论统计热力学在某些领域体系中的具体应用。,2、统计热,3,、化学动力学,化学动力学的第一个研究任务是确定各种化学反应的速率以及各种因素（包括分子结构浓度、温度、催化剂、溶剂、以及各种辐射等）对化学反应速率影响。,化学动力学第二个研究任务是探讨能够解释反应速率规律的各种反应机理，即研究从反应物变为产物所经历的具体途径步骤。,3,4,、界面现象,现代物理学已从体相向表面相迅速发展。界面现象主要研究,不同物质共存相间和高分散系统,的性质、基本规律及表面活性剂的作用与应用。,可以说，当今有关界面效应这个曾被遗忘了的尺寸世界已逐渐成为催化、电化学、胶体化学等分门物理化学的前沿课题。,4、界面现象,二、研究方法,1.,宏观方法 热力学方法,热力学的研究是唯象的处理方法。它以,经验概括,出的热力学第一、第二定律为理论基础，引出,热力学能,、熵、吉布斯函数等，再加上,p,、,V,、,T,这些可测量的宏观量作为系统的宏观性质，利用这些宏观性质及其之间的联系，经过归纳与演绎，得到一系列热力学公式或结论，用以解决物质变化过程的,各类平衡问题。,特点是不依赖系统内部粒子的微观结构和过程细节，只涉及物质系统,始终态,的宏观性质。,实践证明，这种宏观的热力学,方法十分严谨,，至今未发现过实践中有违背热力学理论所得结论的情况。,二、研究方法 1.宏观方法,2.,微观方法 量子力学方法,量子力学方法属于微观方法。它是以个别的电子、原子核或其他结构单元组成的微观系统作为研究对象，考察个别微观粒子的运动状态，即微观粒子在空间某体积微元中出现的概率和所允许的运动能级。,将量子力学方法应用于化学领域，得到了物质的宏观性质与其微观结构关系的清晰图像。,2.微观方法,3.,微观方法与宏观方法的通道 统计热力学方法,统计热力学方法在量子力学方法与热力学方法之间构建一条通道，将二者有机地联系在一起。,平衡统计热力学是研究宏观系统的平衡性质，但它与热力学的研究不同，它是从个别粒子所遵循的运动规律出发，根据事件发生的可几率而导出物质体系的统计行为，然后再进一步去诠释体系的各种宏观性质乃至各式各样的物理化学过程。所以统计热力学方法是统计平均的方法，是概率的方法。,化学动力学所用的方法则是宏观方法与微观方法的交叉、综合应用，用宏观方法构成了宏观动力学，采用微观方法则构成微观动力学。,3.微观方法与宏观方法的通道,三、教与学的方法,1,、四步循环并多次反复,三、教与学的方法 1、四步循环并多次反复,2,、三个关系,学习物理化学应该重点协调并处理好：,宏观与微观、定性与定量、理论模型与真实结构,等三个双结合关系。,3,、两个并重,理论课（包括演算习题）与实验课（包括实验报告）两者不可偏废，乃课程体系之两翼，必互动促进矣！,2、三个关系,黄启巽、魏光、吴金添编著，,物理化学,（上册），厦门大学出版社，,1996,韩德刚、高执棣编著，,化学热力学,，高等教育出版社，,1998,傅玉普主编，,物理化学,（第二版），大连理工大学出版社，,2000,胡英主编，,物理化学,（上册，第四版），高等教育出版社，,1999,傅献彩、沈文霞、姚天杨编，,物理化学,（第四版），高等教育出版社，,1990,姚乞斌、朱志昂编，,物理化学教程,，湖南教育出版社，,1984,美,Walter J.Moore,著，江逢霖等译，,基础物理化学,，复旦大学出版社，,1992,。,向义和编著，,大学物理导论,（上册），清华大学出版社，,1999,王正烈等编，,物理化学,（上册 第四版），高等教育出版社，,2001,IRA.N.Levine,：,Physical Chemistry,，,2nd Ed,，,1983,，中译本：诸德萤、李芝芬，张玉芬译，韩德刚，周公度校，,物理化学,，北京大学出版社，,1987,。,四、参考书目,四、参考书目,韩德刚、高盘良编著，,化学动力学基础,，北京大学出版社，,1987,年。,J.Nicholas,，吴树森译，,化学动力学,、高等教育出版社，,1987,。,J.W.Moore,，,R.G.Pearson,，孙承谔，王之林等译，,化学动力学和历程,，科学出版社，,1983,。,K.J.Laidler,，,Chemical Kinetics,，,3rd ed.,，,Harper&Row,，,New York,，,1987,。,G.C.Bond,，,Heterogeneous Catalysis,：,Principles and Applications,，,Oxford University Press,，,1987,。,苏班,P.,光化学原理，陆志刚译，北京：人民教育出版社，,1983,。,Eyring H,，,Lin SH,，,Lin S M.Baric Chemical Kinetics,，,John Wiley&Sorrs,，,1980,，中译本：基础化学动力学，王作新，潘强余译，北京：科学出版社，,1984,。,黄开辉、万惠霖、催化原理，北京：科学出版社，,1983,。,韩德刚、高执棣、高盘良，,物理化学,，高等教育出版社，,2001,。,物理化学-课件,胡瑛，,物理化学,，高等教育出版社，,2000,。,印永嘉、李大珍编,物理化学（上，下）,（第二版），高等教育出版社，,1985,。,孙德坤、沈文霞、姚天扬编,物理化学解题指导,，江苏教育出版社，,1998,。,王文清、高宏成、沈兴海编著,物理化学习题精解（上，下）,，科学出版社，,1999,。,范崇正、杭瑚、蒋淮渭编,物理化学,-,概念辨析，解题方法,，中国科学技术大学出版社，,1999,。,霍瑞贞主编,物理化学学习与解题指导,，华南理工大学出版社，,2000,。,卫永祉、肖顺清，编著,物理化学复习引导,，科学出版社，,2000,。,物理化学-课件,J.OM.,博克里斯、,D.M,德拉齐克著。夏熙译,电化学科学,，人民教育出版社，,1981,。,郭鹤桐、覃奇贤编著,电化学教程,，天津大学出版社，,2000,。,朱涉瑶、赵振国编,界面化学基础,，化学工业出版社，,1999,。,顾惕人、朱涉瑶等,表面化学,，科学出版社，,1999,。,沈钟、王果庭编著,胶体与表面化学,，化学工业出版社，,2001,。,姜兆华、孙德智、邵光杰主编,应用表面化学与技术,，哈尔滨工业大学出版社，,2000,。,陈宗淇、王光信、徐桂英编，,胶体与界面化学,，高等教育出版社，,2001,。,日,中垣正幸著，严忠等译,膜物理化学,，科学出版社，,1997,。,物理化学-课件,五、常用术语,1,、体系与环境,1,）,体系或系统,(system),：,被划定的研究对象包括大量分子、原子、离子等物质微粒组成的宏观集合体及空间。,2,）,环境,(surrounding),：,与系统通过物理界面（或假想的界面）相隔开并与系统密切相关的周围部分（物质或空间）。,(1),敞开系统,(open system),系统与环境之间既有物质质量传递也有能量（以热和功的形式）的传递。,(2),隔离系统,(isolated system),系统与环境之间既无物质质量传递亦无能量的传递，因此隔离系统中物质的质量与能量是守恒的。,(3),封闭系统,(closed system),系统与环境之间只有能量的传递，而无物质的质量传递。因此封闭系统中物质的质量是守恒的。,五、常用术语,2,、,热力学系统的宏观性质,(macroscopic properties),（,1,）强度性质,(intensive properties),它与系统中所含物质的量多少无关，无加和性（如,p,，,T,等）体系无论如何瓜分，各部分的,p,（或,T,),均同值；,（,2,）,广度性质,(extensive properties),它与系统中所含物质的量有加和性（如,V,，,U,，,H,等），其值随各部分质量的加和而加和。,如：体积质量或密度,摩尔体积,2、热力学系统的宏观性质(macr,3,、状态和状态函数,1,）状态,(state),：,热力学体系的状态，是指体系物理性质和化学性质的,综合表现。,2,）状态函数,：,用系统的,各项宏观性质,来描述系统的,状态,，这些性质即为,状态函数,。系统处于,一定的状态,时，状态函数均具有,确定的数值,。,（,1,）,对于,定量，组成不变,的,均相,系统，体系的任意宏观性质是另外两个独立宏观性质的函数。可以表示为：,3、状态和状态函数 1）状态(state)：热力学体系的状,例如：,一定量的纯理想气体,V,=,f,(,T,p,),，其具体的关系为,即,n,一定时，,V,是,p,T,的函数，当,p,T,值确定了，,V,就有确定值，则该理想气体的状态也就确定了，其他任何热力学函数的值（如,U,、,H,、,等）也必有确定值。,例如：一定量的纯理想气体 V=f(T,p)，其具体的关系为,（,2,）,当