物理化学绪论.ppt

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1、物物 理理 化化 学学 （第五版） 绪论0.1 物理化学课程的内容0.2 物理化学研究内容0.3 物理量的表示与运算0.4 关于标准压力 0.1 物理化学课程的内容化学无机化学分析化学有机化学物理化学高分子化学化学生物学物理化学是化学学科的一个分支 0.1 物理化学课程的内容化学反应原子、分子间的分离与组合原子、分子间的分离与组合热电光磁温度变化压力变化体积变化化学物理学密密不不可可分分 0.1 物理化学课程的内容物理现象化学变化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研究化学变化的本质与规律0.1 0.1 物理化学课程的内容物理化学课程的内容按内容范畴及 研究方法概括基本内容基

2、本内容 化学热力学化学热力学 化学动力学化学动力学量量 子子 化化 学学统计热力学统计热力学 界界 面面 现现 象象 胶胶 体体 化化 学学 1. 化学热力学化学热力学 研究物质变化（研究物质变化（p、V、T 变化、相变化、化变化、相变化、化学变化学变化) 的的能量效应能量效应和变化的和变化的方向与限度方向与限度。 宏观层次（大量分子集合体）的规律宏观层次（大量分子集合体）的规律 2. 化学动力学化学动力学 研究各种因素对化学反应速率的影响规律研究各种因素对化学反应速率的影响规律及反应机理。及反应机理。 宏观层次（大量分子集合体）的规律宏观层次（大量分子集合体）的规律（金刚石）（石墨） CC

3、1. 化学热力学化学热力学 研究物质变化（研究物质变化（p、V、T 变化、相变化、化变化、相变化、化学变化学变化) 的的能量效应能量效应和变化的和变化的方向与限度方向与限度。 宏观层次（大量分子集合体）的规律宏观层次（大量分子集合体）的规律 2. 化学动力学化学动力学 研究各种因素对化学反应速率的影响规律研究各种因素对化学反应速率的影响规律及反应机理。及反应机理。 宏观层次（大量分子集合体）的规律宏观层次（大量分子集合体）的规律)g(OH)g(HCHO)g(O)g(OHCH223Ag 3. 量子化学量子化学 研究微观系统的运动状态。给出物质的性质研究微观系统的运动状态。给出物质的性质与微观结构

4、的关系。将量子力学原理应用于化学与微观结构的关系。将量子力学原理应用于化学则构成了量子化学。则构成了量子化学。 微观层次（单个分子）的规律微观层次（单个分子）的规律埃尔温薛定谔（Erwin Schrdinger，18871961），奥地利物理学家，量子力学奠基人之一，发展了分子生物学。1933年诺贝尔物理学奖。 薛定谔本人坦承他的科学工作，常常并非是独创性薛定谔本人坦承他的科学工作，常常并非是独创性的，但他总能敏锐地抓住一些始作甬者的创新性观念，的，但他总能敏锐地抓住一些始作甬者的创新性观念，加以系统的构建和发挥，从而构成第一流的理论：波加以系统的构建和发挥，从而构成第一流的理论：波动力学来自

5、德布罗意，生命是什么来自玻尔和德动力学来自德布罗意，生命是什么来自玻尔和德尔布吕克，而尔布吕克，而“薛定谔的猫薛定谔的猫”则来自爱因斯坦。则来自爱因斯坦。 4. 统计热力学统计热力学 利用统计方法研究大量微观粒子的平均行为，利用统计方法研究大量微观粒子的平均行为，求算系统的宏观性质。求算系统的宏观性质。 从微观层次到宏观层次，联系量子化学和热从微观层次到宏观层次，联系量子化学和热力学、动力学的桥梁。力学、动力学的桥梁。 3. 量子化学量子化学 研究微观系统的运动状态。给出物质的性质研究微观系统的运动状态。给出物质的性质与微观结构的关系。将量子力学原理应用于化学与微观结构的关系。将量子力学原理应

6、用于化学则构成了量子化学。则构成了量子化学。 微观层次（单个分子）的规律微观层次（单个分子）的规律 5. 界面性质与分散性质界面性质与分散性质 5. 界面性质与分散性质界面性质与分散性质 当物质以一种以上聚集态共存在时，在不同当物质以一种以上聚集态共存在时，在不同聚集态（相）间形成聚集态（相）间形成界面层界面层。由于界面层上不对。由于界面层上不对称力场的存在，产生了许多与本体相不同的新性称力场的存在，产生了许多与本体相不同的新性质质界面性质界面性质。 将物质分散成细小微粒构成将物质分散成细小微粒构成高度分散高度分散的物质的物质系统；将一种物质分散在另一种物质之中可形成系统；将一种物质分散在另一

7、种物质之中可形成非均相非均相分散系统分散系统。 现代物理化学已现代物理化学已从体相向表面相从体相向表面相迅速发展。迅速发展。介观化学发展迅速宏观(看得见的物体)介观(纳米材料)微观(原子、分子)粒子 膜 丝 管纳米表面化学越来越引起人们的重视 多相化学反应总是在表面上进行，了解表面反应的实际过程，推动表面化学和多相催化的发展。 0.2 0.2 物理化学的研究方法物理化学的研究方法与学习方法研究方法研究方法（宏观方法）（宏观方法） 热力学方法热力学方法（微观方法）（微观方法） 量子学方法量子学方法 (从微观到宏观从微观到宏观)统计热力学方法统计热力学方法1. 1. 热力学方法热力学方法 宏观方法

8、宏观方法研究对象：大量粒子组成的宏观系统研究对象：大量粒子组成的宏观系统理论基础：经验概括出的热力学第一、二定律理论基础：经验概括出的热力学第一、二定律解决问题：物质变化（解决问题：物质变化（p、V、T 变化、相变化、变化、相变化、 化学变化化学变化) 过程的能量效应和变化的过程的能量效应和变化的 方向与限度。方向与限度。特特 点：不涉及系统内部粒子的微观结构，只点：不涉及系统内部粒子的微观结构，只 涉及物质系统变化前后状态的宏观性涉及物质系统变化前后状态的宏观性 质。质。2. 2. 量子力学方法量子力学方法 微观方法微观方法研究对象：个别的电子、原子核组成的微观系统研究对象：个别的电子、原子

9、核组成的微观系统研究内容：考察个别微观粒子的运动状态，即微研究内容：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。率和所允许的运动能级。3. 3. 统计热力学方法统计热力学方法 从宏观到从宏观到微观的方法微观的方法研究对象：大量粒子组成的宏观系统研究对象：大量粒子组成的宏观系统出出 发发 点：系统中微观粒子的性质（如质量、振点：系统中微观粒子的性质（如质量、振 动频率、转动惯量等）动频率、转动惯量等）特特 点：补充了热力学方法的不足，架起了从点：补充了热力学方法的不足，架起了从 微观到宏观的桥梁。微观到宏观的桥梁。(1

10、)注意逻辑推理的思维方法，反复体会感性认识和理性认识的相互关系。(2)抓住重点，认真做习题，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。(3)课前自学，课后复习，勤于思考，培养自学和自己获取知识的能力。物理化学的物理化学的学习方法1.1 物理量的表示用单个斜体单个斜体的拉丁字母或希腊字母表示,例如: pVTUSm压力 体积 温度 热力学能 熵 质量 粘度 密度 化学势 能量 反应进度 活度系数1.2 单位的表示一般用小写正体的拉丁字母表示,例如33m s kg mol dm m米 秒 千克 摩尔 立方分米 立方米K J V Pa Kelvin Joule Vol

11、t Pascal 如果单位来自人名，则第一个字母用大写，例如1.3 物理量由两部分组成数值+单位 100 Pa kp 数值单位3 2.8 mV 数值 单位0.28其单位为1Pa/lnp-11K/T0 1 2 3 4 5 6 7斜率的单位？例：求例：求2 mol理想气体，在压力为理想气体，在压力为101.325 kPa下，下，体积为体积为0.0448 m3时的温度时的温度(R=8.314 JK-1mol-1)。3101.325 100.04482 8.314/ KTRTpV212 8.314KpVJTKT)315. 820448. 010325.101(3书写时请注意单位！书写时请注意单位！解：

12、解：nRTpV 3101.325 100.04482 8.314 TK/20448. 010325.1013RTK)(273314. 820448. 010325.1013nRpVT KnRTGln 273314. 820448. 010325.1013nRpVTT = 273 K返 回表示标准压力1986年以前，1 atm101325 Pap根据IUPAC推荐1 atmp1986年，GB 3100-86规定：101.325 kPap1993年，GB 3100-93规定：5100 kPa=1 10 Pap参考资料参考资料努力奋斗的法拉第努力奋斗的法拉第 迈克尔法拉第(Michael Faraday,17911867布莱士帕斯卡（Blaise Pascal ，16231662）