物理化学绪论

1、绪 论物理化学青 海 师 范 大 学化 学 系陈必清8/9/20221绪 论本章目录0 1 物理化学的目的、内容和任务0 2 物理化学的形成、发展和前景0 3 物理化学的研究方法0 4 物理化学的学习方法0 5 物理化学和中学化学教学绪论8/9/20222绪 论一、物理化学学科的形成1从宏观角度看，化学变化总是包含或者伴随着各种能量形式的物理现象 例如，各种反应的能量效应（放热或吸热 ）；电流效应；光效应；压力或体积的变化等0 1物理化学的目的、内容和任务8/9/20223绪 论Ca(NO3)2 .4H2O+Na2SO4.10H2O=CaSO4+2NaNO3+14H2O 0 1物理化学的目的、

2、内容和任务8/9/20224绪 论Zn+2NHCl +2MnO = Zn(NO) Cl2 + 2MnOOH Pb + 2HSO+ PbO = 2PbSO +2HO NiOOH + M(H) = Ni(OH) + M照相底片AgBr被感光后引起化学反应，而使图像显示出来爆炸反应可以起巨大的压力，体积变化等 植物中的叶绿素受光照后，可以把二氧化碳和水合成碳水化合物0 1物理化学的目的、内容和任务8/9/20225绪 论2从微观角度看，化学反应仍然与物理过程密不可分。分子中电子的运动，原子的转动，振动，原子相互间的作用力等微观物理运动形态，直接决定了物质的性质及化学反应能力 可见不管从宏观，还是从微

3、观角度看，化学变化与物理现象总是密不可分的，人们在长期的实践中注意到这种相互联系，并且加以总结逐步形成一门独立的学科分支，称为物理化学 0 1物理化学的目的、内容和任务8/9/20226绪 论物理化学是从物质的物理现象和化学现象的联系入手来探求化学变化基本规律的一门科学，在实验方法上，主要是采用物理学中的测试方法。 最早使用“物理化学”术语的是十八世纪中叶俄国科学家罗蒙诺索夫，到1887年德国科学家奥斯特瓦尔德w.ostwald和荷兰科学家范特霍夫（J.H.Vant HoH）合办物理化学杂志创刊，此后物理化学这个名称就逐渐采用起来。 0 1物理化学的目的、内容和任务8/9/20227绪 论目的

4、 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。二、物理化学的目的0 1物理化学的目的、内容和任务8/9/20228绪 论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。0 1物理化学的目的、内容和任务8/9/20229绪 论 生物化学家应用动力学研究酶反应,应用热力学原理研究生物能、渗透作用、膜平衡及确定生物大分子的分子量。材料科学家利用热力学原理去判断各种材料的稳定性及合成某种新材料的可能性

5、，应用光谱方法确定材料的结构和性能，应用动力学、统计热力学原理去研究聚合反应等。0 1物理化学的目的、内容和任务8/9/202210绪 论总之，物理化学为生产实践和科学实验提供了理论指导，从而使化学能更好地为生产实践服务。0 1物理化学的目的、内容和任务8/9/202211绪 论(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；(2)化学动力学 研究化学反应的速率和机理问题及影响速率的因素；(3)物质结构 物质的性质与其结构之间的关系问题三、研究内容：0 1物理化学的目的、内容和任务8/9/202212绪 论2化学反应的速率和机理 3物质结构和性能之间的关

6、系总的说来，物理化学的任务是把化学领域中各个现象联系起来，对其中的一般规律性与以更深刻、更本质的探讨。并通过揭示的客观规律来指导化工生产和科学研究的实践。四、物理化学的任务0 1物理化学的目的、内容和任务1化学变化的方向和限度8/9/202213绪 论1物理化学的产生是社会生产发展的必然产物经验科学发展到一定程度必然会上升为具有理论体系的科学。 十九世纪前期建立的道尔顿原子论和阿夫加德罗德分子论；1840年盖斯的热化学定律；1869年的门捷列夫元素周期律；热力学第一定律和第二定律 ；1876年吉布斯的多相平衡体系的相律关系；1984年范特霍夫创立的稀溶液理论 ； 1886年阿累尼乌斯提出了电离

7、学说 ；1906年能斯特发现了热定理 等这些理论的建立都为物理化学的形成和发展奠定了基础。促使物理化学学科不断地发展和完善。 0-2 物理化学的形成背景、发展和前景8/9/202214绪 论2二十世纪物理化学的快速发展进入二十世纪以来，在工业生产和化学的科学研究中，物理化学的基本原理得到了广泛的应用，发挥了他的指导作用，特别是新兴的石油炼制和石油化工工业，更是充分地利用了化学热力学、化学动力学、催化和表面化学等的成果。而工业技术的发展和其他学科的发展、特别是物理学的进展和各种测试手段大量的涌现，极大的影响着物理化学的发展。这期间在物理化学所属的分支学科中的热化学、化学热力学、电化学、溶液理论、

8、胶体理论、化学动力学、催化作用及其理论等都得到了迅速的发展。0-2 物理化学的形成背景、发展和前景8/9/202215绪 论体现物理化学原理对生产实践的指导作用可以举几个例子。 （1）C（石墨） C（金刚石）反应条件探索 （2）寻找氨合成反应 N2 + 3H2 2NH3 在常温下的催 化剂可能性（3）人造羊毛原料丙烯氰合成工艺的改进 CH2=CH-CH3 + HCN CH2=CH-CN（产品）+ CH4 CH2=CH-CH3 + NH3 CH2 =CH-CN + 3H2 G 0 H2 + O2 H2O G 0 总反应 G 0 0-2 物理化学的形成背景、发展和前景8/9/202216绪 论近代

9、物理化学的发展趋势和特点 从宏观到微观 从体相到表象 从静态到动态 从定性到定量 从单一学科到边缘学科 从平衡态的研究到非平衡态的研究0-2 物理化学的形成背景、发展和前景8/9/202217绪 论.科学的研究方法：先观察客观现象，或是在一定条件下重现自然现象（实验） 其次是从大量的科学实验事实和生产实践的知识，进行分析、总结出它的规律性，并以一定的形式表达出来，这就是定律。 为了解释这种定律的内在原因，就需要根据已知的实验事实和实际知识，通过归纳思维，提出假说来说明这种规律存在的内在原因，并根据假说的演绎推理，预测客观事物新的现象和规律，若这种预测能为多方面的实践所证实，则这种假说就成为理论

10、。在经验定律的基础上，通过演绎的方法，得出一般性的规律。（高度的普适性和可靠性）0-物理化学的研究方法8/9/202218绪 论2具体的研究方法 （1）热力学方法 （2）统计力学方法 （3）量子力学方法 综合应用微观与宏观的研究方法。0-物理化学的研究方法8/9/202219绪 论热力学方法： 以众多质点组成的宏观体系作为研究对象，以两个经典热力学定律为基础，用一系列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。经典热力学方法只适用于平衡体系。0-物理化学的研究方法8/9/202220绪 论统计力学方法： 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

11、观现象并能计算一些热力学的宏观性质。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，从而指示物性与结构之间的关系。0-物理化学的研究方法8/9/202221绪 论 学习不仅要获取一定的知识，更重要的是要培养获取知识的能力。 能力的培养不可能通过某一门课程的学习就能培养出来，而是要通过各门课程和各个教学环节，逐步培养而形成的一种综合性的能力。 通过学习物理化学课程，培养用物理化学的观点和方法来看待化学中的一切问题的能力。 能用热力学的观点分析一个化学反应有无可能；用动力学的观点分析其能否实现；用分子和原子内部结构的观点分析其内在

12、原因。0-4 物理化学学习方法8/9/202222绪 论1、注意基本原理、基本定律、基本公式2、注意数学推理和公式的使用条件要明确每一章的主要内容，主要解决什么问题，采用什么方法，引出什么定律，有什么用途，公式的使用条件是什么。这些问题在开始学习时，可能还不太清楚，但学完一章后，应该理出个头绪。对于公式的推导要求理解，要注意公式的使用条件，物理意义，注意章节之间的联系，要学会把原书读薄。 具体措施：0-4 物理化学学习方法8/9/202223绪 论3、重视习题习题是培养独立思考问题和解决问题能力的重要手段，只有通过习题可以检查你对课程内容的理解程度或加深对课程内容的理解，只有多做习题才能见多识

13、广，熟能生巧，提高和培养分析和解决问题的能力。 4、活跃的思维0-4 物理化学学习方法8/9/202224绪 论 因此，作为一名中学化学教师，要想教好化学课，传授好教材中有关的知识，就必须对教材内容有较全面和深入的理解。因为只有做到这一点，才有可能在传授书本知识过程的同时，又能启发学生的思维，发展学生的智能，让学生掌握获取知识的途径和方法，并能善于应用所学知识解释某些现象和解决一些实际问题，做到举一反三。而学好物理化学，不仅会帮助我们对中学化学教材全面，深入的理解，而且也会对无机化学和有机化学等课程的有关内容，从理论高度给与更深入地阐述。 0-5 物理化学和中学化学教学 物理化学从物理与化学的联系入手，着重研究更具有普遍性的，更本质的化学运动的内在规律性 。8/9/202225绪 论0-5 物理化学和中学化学教学1、中学化学实验常用到硫酸和乙醇试剂，通常硫酸的浓度是95-98%，乙醇的浓度是95%，为什么 不是100%？2、乙二醇的凝固点是261.7K, 而60%乙二醇的水溶液的凝固点是224.2K（相差37度）。为什么两者的凝固点相差这么大？3、用电化学保护法来防止金属腐蚀的基本原理是