物理化學(xué) 緒論.ppt

物理化學(xué) 傅獻彩沈文霞姚天揚侯文華編 第五版 高等教育出版社 南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 問題的提出 1 小液滴 氣泡和肥皂泡等都有呈球形的趨勢 2 面粉也會爆炸嗎 3 鋤地保墑 的科學(xué)道理 4 有機物蒸餾時加沸石或廢瓷石以防止暴沸 5 真金真的不怕火嗎 6 花妝品的作用 緒論 0 1物理化學(xué)的建立與發(fā)展 0 2物理化學(xué)的目的與內(nèi)容 0 3物理化學(xué)的研究方法 0 4物理化學(xué)課程的學(xué)習(xí)方法 0 1物理化學(xué)的建立與發(fā)展 18世紀(jì)開始萌芽 從燃素說到能量守恒與轉(zhuǎn)化定律 俄國科學(xué)家羅蒙諾索夫 1711 1765 最早使用 物理化學(xué) 這一術(shù)語 鉆木取火 古代 火箭實驗 北宋 0 1物理化學(xué)的建立與發(fā)展 1887年德國科學(xué)家W Ostwald和荷蘭科學(xué)家J H van tHoff合辦的 物理化學(xué)雜志 德文 創(chuàng)刊 W Ostwald 1853 1932 J H van tHoff 1852 1911 德國物理化學(xué)家 1853年9月2日生于俄國拉脫維亞的小鄉(xiāng)村里加 一生共著書77種 發(fā)表300多篇論文 主要貢獻 1 支持阿累尼烏斯的電解質(zhì)電離理論 并提出自己的稀釋定律 用電離平衡理論解釋了酸堿指示劑的變色機理 2 研究了酸的電導(dǎo)率 溶液的粘滯性 純水的電離等 3 提出關(guān)于催化劑的現(xiàn)代觀點 完成了使氨發(fā)生氧化 生成氧化氮的研究工作并創(chuàng)立了新的顏色理論 著有 顏色學(xué) 奧斯特瓦爾德 FriedrichWilhelmOstwald 荷蘭化學(xué)家 1852年8月30日生于鹿特丹一個醫(yī)生家庭 阿姆斯特丹大學(xué)化學(xué) 礦物學(xué) 和地質(zhì)學(xué)教授 荷蘭皇家學(xué)會會員 柏林科學(xué)院院士等 主要貢獻 1 首先提出碳正四面體構(gòu)型的立體概念 弄清了有機物旋光異構(gòu)的原因 開辟了立體化學(xué)的新領(lǐng)域 2 發(fā)展近代溶液理論 如滲透壓 凝固點 沸點和蒸氣壓理論 3 應(yīng)用相律研究鹽的結(jié)晶過程 4 與奧斯特瓦爾德一起創(chuàng)辦了 物理化學(xué)雜志 范霍夫 JacobusHenricusvan tHoff 0 1物理化學(xué)的建立與發(fā)展 20世紀(jì)前期迅速發(fā)展 界面化學(xué) 熱化學(xué) 電化學(xué) 化學(xué)熱力學(xué) 新測試手段和新數(shù)據(jù)處理方法不斷涌現(xiàn) 形成了許多新的分支領(lǐng)域 如 0 1物理化學(xué)的建立與發(fā)展 20世紀(jì)中葉后發(fā)展趨勢和特點 1 從宏觀到微觀 2 從體相到表相 4 從定性到定量 5 從單一學(xué)科到邊緣學(xué)科 6 從平衡態(tài)的研究到非平衡態(tài)的研究 3 從靜態(tài)到動態(tài) 二十世紀(jì)迅速發(fā)展 新測試手段和新的數(shù)據(jù)處理方法不斷涌現(xiàn) 形成了許多新的分支學(xué)科 如 熱化學(xué) 化學(xué)熱力學(xué) 電化學(xué) 溶液化學(xué) 膠體化學(xué) 表面化學(xué) 化學(xué)動力學(xué) 催化作用 量子化學(xué)和結(jié)構(gòu)化學(xué)等 黃子卿李遠哲唐有祺徐光憲查全性田昭武田中群李燦 0 1物理化學(xué)的建立與發(fā)展 只有深入到微觀 研究分子 原子層次的運動規(guī)律 才能掌握化學(xué)變化的本質(zhì)和結(jié)構(gòu)與物性的關(guān)系 1 從宏觀到微觀 宏觀 看得見的物體 0 1物理化學(xué)的建立與發(fā)展 2 從體相到表相 在多相系統(tǒng)中 化學(xué)反應(yīng)總是在表相上進行 隨著測試手段的進步 了解表相反應(yīng)的實際過程 推動表面化學(xué)和多相催化的發(fā)展 0 1物理化學(xué)的建立與發(fā)展 3 從靜態(tài)到動態(tài) 熱力學(xué)研究方法是從靜態(tài)利用熱力學(xué)函數(shù)判斷變化的方向和限度 但無法給出變化的細節(jié) 激光技術(shù)和分子束技術(shù)的出現(xiàn) 可以真正地研究化學(xué)反應(yīng)的動態(tài)問題 分子反應(yīng)動力學(xué)已成為非常活躍的學(xué)科 0 1物理化學(xué)的建立與發(fā)展 4 從定性到定量 隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展 大大縮短了數(shù)據(jù)處理的時間 并可進行自動記錄和人工擬合 使許多以前只能做定性研究的課題現(xiàn)在可進行定量監(jiān)測 做原位反應(yīng) 如 利用計算機還可以進行模擬放大和分子設(shè)計 0 1物理化學(xué)的建立與發(fā)展 5 從單一學(xué)科到邊緣學(xué)科 化學(xué)學(xué)科內(nèi)部及與其他學(xué)科相互滲透 相互結(jié)合 形成了許多極具生命力的邊緣學(xué)科 如 0 1物理化學(xué)的建立與發(fā)展 平衡態(tài)熱力學(xué)只研究平衡態(tài)和可逆過程的系統(tǒng) 主要研究封閉系統(tǒng)或孤立系統(tǒng) 6 從平衡態(tài)的研究到非平衡態(tài)的研究 對處于非平衡態(tài)的敞開系統(tǒng)的研究更具有實際意義 自1960年以來 逐漸形成了非平衡態(tài)熱力學(xué)這個學(xué)科分支 Prigogine對非平衡態(tài)熱力學(xué)有突出貢獻 這個學(xué)科分支成為當(dāng)前理論化學(xué)的研究前沿之一 0 2物理化學(xué)的目的和內(nèi)容 什么是物理化學(xué) 研究所有物質(zhì)系統(tǒng)的化學(xué)行為的原理 規(guī)律和方法的學(xué)科 涵蓋從宏觀到微觀與性質(zhì)的關(guān)系 規(guī)律 化學(xué)過程機理及其控制的研究 物理化學(xué)是化學(xué)以及在分子層次上研究物質(zhì)變化的其他學(xué)科領(lǐng)域的理論基礎(chǔ) 黃子卿的定義 物理化學(xué)是從物理現(xiàn)象和化學(xué)現(xiàn)象的聯(lián)系找出物質(zhì)變化的基本原理的一種科學(xué) 唐有祺的定義 物理化學(xué)是化學(xué)學(xué)科中的一個重要學(xué)科 它借助數(shù)學(xué) 物理學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)的理論及其提供的實驗手段 研究化學(xué)科學(xué)中的原理和方法 研究化學(xué)體系行為最一般的宏觀 微觀規(guī)律和理論的學(xué)科 是化學(xué)的理論基礎(chǔ) 0 2物理化學(xué)的定義 0 2物理化學(xué)的目的和內(nèi)容 什么是物理化學(xué) 化學(xué)反應(yīng) 原子 分子間的分離與組合 熱 電 光 磁 溫度變化 壓力變化 體積變化 化學(xué) 物理學(xué) 密不可分 相態(tài)變化 0 2物理化學(xué)的目的和內(nèi)容 物理化學(xué) 用物理的理論和實驗方法 研究化學(xué)變化的本質(zhì)與規(guī)律 物理現(xiàn)象 化學(xué)現(xiàn)象 0 2物理化學(xué)的目的和內(nèi)容 物理化學(xué)主要研究 1 化學(xué)變化的方向和限度問題 各種因素如溫度 壓力和濃度等對化學(xué)變化的影響等 這類問題屬于化學(xué)熱力學(xué)的范疇 2 化學(xué)反應(yīng)的速率和機理問題 外界條件如溫度 壓力 濃度和催化劑等對反應(yīng)速率的影響 這屬于化學(xué)動力學(xué)的范疇 3 物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系 研究這類問題有結(jié)構(gòu)化學(xué)和量子化學(xué)兩個分支 化學(xué)熱力學(xué)從物質(zhì)變化的能量效應(yīng)研究變化的方向與限度 即研究系統(tǒng)平衡問題 化學(xué)動力學(xué)研究各種因素對化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律及反應(yīng)機理 結(jié)構(gòu)化學(xué)研究微觀粒子結(jié)構(gòu)及其運動規(guī)律 揭示物質(zhì)變化的內(nèi)在原因 另設(shè)課 例如 熱力學(xué)預(yù)示 化學(xué)熱力學(xué) 指定條件下一化學(xué)反應(yīng)能不能進行 向什么方向進行 進行到什么程度 以及預(yù)示某一過程的最高轉(zhuǎn)化率 凡此種種不但可以避免浪費人力物力去進行異想天開的嘗試 也能為合理設(shè)計科學(xué)實驗或增加生產(chǎn) 改進工效提供可靠的依據(jù) 反應(yīng)動力學(xué) 一化學(xué)反應(yīng)的速率究竟有多快 反應(yīng)是經(jīng)歷什么樣的機理進行的 外界條件對反應(yīng)速率有什么影響 怎樣才能有效地控制化學(xué)反應(yīng) 抑制副反應(yīng)的發(fā)生使之按我們所需要的什么方向進行 等等 化學(xué)熱力學(xué) 印永嘉教授說 無機化學(xué)是化學(xué)的四肢 有機化學(xué)是化學(xué)的驅(qū)體 分析化學(xué)是化學(xué)的眼睛 而物理化學(xué)是化學(xué)的靈魂 沒有物理化學(xué)知識的人 不能說懂得化學(xué) 0 2物理化學(xué)的目的和內(nèi)容 例如 學(xué)習(xí)無機化學(xué)時 元素周期律起很大作用 但只有在學(xué)習(xí)了物質(zhì)結(jié)構(gòu)之后 才能對周期律的本質(zhì)和內(nèi)在規(guī)律給出更深刻的揭示 0 3物理化學(xué)的研究方法 采用歸納法和演繹法這一對邏輯方法 按照 實踐 認識 再實踐 再認識 的形式 往復(fù)循環(huán)以至無窮 常用的研究方法有 實驗的方法 歸納和演繹的方法 模型化方法 理想化方法 假設(shè)的方法 數(shù)學(xué)的統(tǒng)計處理方法等等 0 4物理化學(xué)課程的學(xué)習(xí)方法 1 擴大知識面 打好專業(yè)基礎(chǔ) 2 提高自學(xué)能力 培養(yǎng)獨立工作能力 1 抓住每章重點 2 掌握主要公式的物理意義和使用條件 3 課前自學(xué) 認真做筆記 及時復(fù)習(xí) 4 注意章節(jié)之間的聯(lián)系 做到融會貫通 5 重視做習(xí)題 培養(yǎng)獨立思考的能力 檢查自己對課程內(nèi)容的掌握程度 0 4物理化學(xué)課程的學(xué)習(xí)方法 1 抓住每章重點 2 掌握主要公式的物理意義和使用條件 3 課前自學(xué) 認真做筆記 及時復(fù)習(xí) 4 注意章節(jié)之間的聯(lián)系 做到融會貫通 5 重視做習(xí)題 培養(yǎng)獨立思考的能力 檢查自己對課程內(nèi)容的掌握程度 經(jīng)驗之談 物理化學(xué) 不難學(xué) 物理化學(xué) 是方法論 物理化學(xué) 是一種思維訓(xùn)練 物理化學(xué) 是基本科研素質(zhì)的培養(yǎng) 有人講 學(xué)習(xí)過了無機化學(xué) 有機化學(xué) 當(dāng)一個中學(xué)化學(xué)教師沒有問題了 物理化學(xué)可以不學(xué) 這樣的人 只能當(dāng)一名一般的中學(xué)化學(xué)教師 不能成為一個合格的中學(xué)化學(xué)教師 更不能成為一個優(yōu)秀中學(xué)化學(xué)教師 0 4物理化學(xué)課程