物理化学——绪论.ppt

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1、2023-3-28物理化学2023-3-28绪绪 论论l是什么？是什么？l学什么？学什么？l怎么学？怎么学？2023-3-28绪论绪论学习学习方法方法研究研究方法方法发展发展形成形成目的目的物理物理化学化学内容内容2023-3-28l国际纯粹与应用化学联合会（国际纯粹与应用化学联合会（IUPACIUPAC） International Union of Pure and Applied International Union of Pure and Applied ChemistryChemistry 【成立经过成立经过】 19191919年成立于法国巴黎。法定永久地址和总部设在瑞士苏黎年成立

2、于法国巴黎。法定永久地址和总部设在瑞士苏黎士，依照瑞士法律登记注册。士，依照瑞士法律登记注册。 【宗旨宗旨】 非政府、非营利、代表各国化学工作者组织的联合会，其宗非政府、非营利、代表各国化学工作者组织的联合会，其宗旨是促进会员国（旨是促进会员国（Member CountriesMember Countries） 化学家之间的持续合化学家之间的持续合作；研究和推荐对纯粹和应用化学的国际重要课题所需的规作；研究和推荐对纯粹和应用化学的国际重要课题所需的规范、标准或法规汇编；与其他涉及化学本性有关课题的国际范、标准或法规汇编；与其他涉及化学本性有关课题的国际组织合作；对促进纯粹和应用化学全部有关方面

3、的发展作出组织合作；对促进纯粹和应用化学全部有关方面的发展作出贡献。贡献。l【成员成员】 各国仅可通过一个全国性的组织（国家化学理事会、化学会、各国仅可通过一个全国性的组织（国家化学理事会、化学会、科学院或是任意一种科技团体或机构）代表该国化学工作者科学院或是任意一种科技团体或机构）代表该国化学工作者参加参加IUPACIUPAC。设国家会员组织（。设国家会员组织（National Adhering National Adhering OrganizationOrganization）观察员国家（）观察员国家（Observer CountryObserver Country）和联系会）和联系会员

4、（员（Associated OrganizationAssociated Organization）等。）等。2023-3-280.1 什么是物理化学什么是物理化学 物理化学是介于物理与化学的物理化学是介于物理与化学的中间学科中间学科，作为化学的理论基础，又称理论化学，属于作为化学的理论基础，又称理论化学，属于化学的一个分支化学的一个分支( (二级学科二级学科) )，是化学的基础，是化学的基础学科。学科。2023-3-280.1 什么是物理化学什么是物理化学物理化学物理化学 从研究化学现象和物理现象之间的从研究化学现象和物理现象之间的相互相互联系联系入手，从而探求化学变化中具有普遍入手，从而探

5、求化学变化中具有普遍性的基本规律。性的基本规律。主要采用物理学的原理和实验方法。主要采用物理学的原理和实验方法。2023-3-282023-3-28微观上，微观上，物质物质化学化学变化变化分子、分子、原子间原子间相互作相互作用、相用、相互结合互结合方式及方式及运动方运动方式的变式的变化化能能量量形形式式的的变变化化热电热电光声光声等等物理物理现象现象2023-3-280.0.2 2 物理化学的组成物理化学的组成 化学热力学：化学热力学：化学变化的方向和限度化学变化的方向和限度化学动力学：化学动力学：化学反应的速率和机理化学反应的速率和机理结构化学：结构化学： 分子、原子结构与性能分子、原子结构

6、与性能2023-3-28C60分子是一种由分子是一种由60个碳原子构成的分子，它形似足球，个碳原子构成的分子，它形似足球，因此又名足球烯。因此又名足球烯。C60是单纯由碳原子结合形成的稳定分子，是单纯由碳原子结合形成的稳定分子，它具有它具有60个顶点和个顶点和32个面，其中个面，其中12个为正五边形，个为正五边形，20个为正个为正六边形。六边形。应用：应用：气体的贮存气体的贮存有感觉功能的传感器有感觉功能的传感器增强金属增强金属新型催化剂新型催化剂光学应用光学应用癌细胞的杀伤效应癌细胞的杀伤效应2023-3-28足球烯是美国休斯顿赖斯大学的克罗脱足球烯是美国休斯顿赖斯大学的克罗脱(Kroto,

7、H.W.)和史沫莱和史沫莱(Smalley,R.E.)等人于等人于1985年提出的。他们用大功率激光束轰击石墨使其气年提出的。他们用大功率激光束轰击石墨使其气化，用化，用1MPa压强的氦气产生超声波，使被激光压强的氦气产生超声波，使被激光束气化的碳原子通过一个小喷嘴进入真空膨胀，束气化的碳原子通过一个小喷嘴进入真空膨胀，并迅速冷却形成新的碳原子，从而得到了并迅速冷却形成新的碳原子，从而得到了C60。C60的组成及结构已经被质谱、的组成及结构已经被质谱、X射线分析等实验射线分析等实验所证明。此外，还有所证明。此外，还有C70等许多类似等许多类似C60的分子也的分子也已被相继发现。已被相继发现。2

8、023-3-28热力学方法：热力学方法：0.3 物理化学的研究方法物理化学的研究方法研究对象：宏观体系研究对象：宏观体系理论基础：两个经典热力学定律理论基础：两个经典热力学定律适用对象：平衡体系适用对象：平衡体系2023-3-28统计力学方法：统计力学方法：0.3 物理化学的研究方法物理化学的研究方法 概率统计规律概率统计规律 计算计算微观运动的平均结果微观运动的平均结果 解释解释宏观现象、性质宏观现象、性质2023-3-280.3 物理化学的研究方法物理化学的研究方法量子力学方法：量子力学方法： 用量子力学的基本方程用量子力学的基本方程（E.Schrodinger方方程）程）求解体系的微观粒

9、子之间的相互作用及其求解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。规律，从而指示物性与结构之间的关系。2023-3-280.4 物理化学的形成物理化学的形成1 7 5 2 1 7 5 2 年年俄国的化学家和物理学家俄国的化学家和物理学家罗蒙诺索夫罗蒙诺索夫M.B.OMOHOCOB (1711-M.B.OMOHOCOB (1711-1765)1765)第一个提出了物理化学这一词第一个提出了物理化学这一词 2023-3-280.4 物理化学的形成物理化学的形成1 8 8 7 1 8 8 7 年年俄国科学家俄国科学家W.OstwaldW.Ostwald（1853185319

10、321932）、荷兰科学家荷兰科学家J.H.vanJ.H.vant Hoff(1852t Hoff(18521911)1911)合办了第一本合办了第一本“物理化学杂志物理化学杂志”（德文）（德文）2023-3-280.4 物理化学的形成物理化学的形成物理化学三剑客NobelNobel化学奖获得者化学奖获得者l德国化学家德国化学家W.OstwaldW.Ostwald ， 19091909年年l荷兰化学家荷兰化学家VanVant Hofft Hoff ，19011901年年l瑞典化学家瑞典化学家S.A.ArrheniusS.A.Arrhenius ， 19031903年年2023-3-280.4

11、物理化学的形成物理化学的形成F.W.Ostwald 德国化学家德国化学家(1853-1932) 1909年年Nobel化学化学奖获得者奖获得者 J.H.Vant Hoff 荷兰化学家荷兰化学家(1852-1911) 1901年年Nobel化学化学奖获得者奖获得者 S.A.Arrhenins瑞典化学家瑞典化学家(1859-1927) 1903年年Nobel化学化学奖获得者奖获得者2023-3-280.5 物理化学的发展物理化学的发展(1) (1) 从宏观到微观从宏观到微观(2) (2) 从体相到表相从体相到表相( (4) 4) 从定性到定量从定性到定量( (5) 5) 从单一学科到交叉学科从单一

12、学科到交叉学科( (6) 6) 从研究平衡态到研究非平衡态从研究平衡态到研究非平衡态近代化学的发展趋势和特点：近代化学的发展趋势和特点：(3) (3) 从静态到动态从静态到动态2023-3-280.5 物理化学的发展物理化学的发展物理化学的发展物理化学的发展突突 破破融融 合合2023-3-280.5 物理化学的发展物理化学的发展量子化学量子化学: : 探讨分子体系的性质探讨分子体系的性质, ,根据计算进根据计算进行分子的合理设计行分子的合理设计( (如药物设计、材料设计、如药物设计、材料设计、物性预测等物性预测等) ) 热力学：热力学：非平衡态热力学的发展非平衡态热力学的发展美国化学家昂萨格

13、美国化学家昂萨格OnsagerOnsager提出的提出的“倒易关系倒易关系” 比利时化学家普里高津比利时化学家普里高津PrigoginePrigogine提出的提出的“耗散结构理论耗散结构理论” Onsager和和Prigogine分别在分别在1968年和年和1977年年获获Nobel化学奖。化学奖。2023-3-280.5 物理化学的发展物理化学的发展 结构化学结构化学: : 由阐明分子结构发展到研究物质的由阐明分子结构发展到研究物质的表面结构、内部结构、动态结构表面结构、内部结构、动态结构 现代波谱技术和衍射分析可分析测定晶体结现代波谱技术和衍射分析可分析测定晶体结构，构，“看到看到”原子

14、的原子层次分辨原子的原子层次分辨 如：如：19821982年诺贝尔化学奖得主年诺贝尔化学奖得主A.KlugA.Klug开创了开创了“晶体电子显微晶体电子显微学学”，并用于揭示核酸，并用于揭示核酸- -蛋白质复合物的结构蛋白质复合物的结构 1991 1991年诺贝尔化学奖得主年诺贝尔化学奖得主R.ErnstR.Ernst用核磁共振谱法研究大用核磁共振谱法研究大分子在溶液中的动态结构分子在溶液中的动态结构2023-3-28LHC-II是绿色植物中含量最丰富的主要捕光复合物，是绿色植物中含量最丰富的主要捕光复合物，这种复杂的分子体系镶嵌在生物膜中，具有很强的疏这种复杂的分子体系镶嵌在生物膜中，具有很

15、强的疏水性，难以分离和结晶。对其晶体结构的测定是国际水性，难以分离和结晶。对其晶体结构的测定是国际公认的高难课题，也是一个国家结构生物学研究水平公认的高难课题，也是一个国家结构生物学研究水平的重要标志。的重要标志。03年北京同步辐射实验室生物大分子晶体学线站获得年北京同步辐射实验室生物大分子晶体学线站获得了该晶体的高分辨率衍射数据，最终获得了该晶体的高分辨率衍射数据，最终获得2.72分辨分辨率的晶体结构，该结果以封面文章形式发表于率的晶体结构，该结果以封面文章形式发表于04年年3月的月的自然自然杂志。杂志。2023-3-282023-3-282023-3-280.5 物理化学的发展物理化学的发

16、展化学动力学：反应机理反应机理反应类型反应类型反应物种反应物种自由基化学自由基化学光化反应光化反应催化反应催化反应实验方法实验方法链反应链反应2023-3-282023-3-28生物体系主要遇到的是氧自由基，生物体系主要遇到的是氧自由基，例如超氧阴离子例如超氧阴离子自由基、羟自由基、脂氧自由基、二氧化氮和一氧自由基、羟自由基、脂氧自由基、二氧化氮和一氧化氮自由基。加上过氧化氢、单线态氧和臭氧，通化氮自由基。加上过氧化氢、单线态氧和臭氧，通称活性氧。体内活性氧自由基具有一定的功能，如称活性氧。体内活性氧自由基具有一定的功能，如免疫和信号传导过程。免疫和信号传导过程。但过多的活性氧自由基就会有破坏行为，但过多的活性氧自由基就会有破坏行为，导致人体导致人体正常细胞和组织的损坏，从而引起多种疾病。如心正常细胞和组织的损坏，从而引起多种疾病。如心脏病、老年痴呆症、帕金森病和肿瘤。此外，外界脏病、老年痴呆症、帕金森病和肿瘤。此外，外界环境中的阳光辐射、空气污染、吸烟、农药等都会环境中的阳光辐射、空气污染、吸烟、农药等都会使人体产生更多活性氧自由基，使核酸突变，这是使人体产生更多活性氧自由基，使核酸