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物理化学（上） 主讲 徐子颉 2007年3月 物理化学（上）- 绪论 绪论 0.1 物理化学的目的和内容 0.2 物理化学的研究方法 0.3 物理化学的建立与发展 0.4 近代化学的发展趋势和特点 0.5 物理化学课程的学习方法 0.1 物理化学的目的和内容 物理化学（上）- 绪论 物理化学 从研究化学现象和物理现象之间 的相互联系入手，借助数学和物理学的理论从而探求 化学变化中具有普遍性的包含宏观到微观的基本规律 （平衡规律和速率规律）。在实验方法上主要采用物 理学中的方法。 作为化学的理论基础，物理化学主要由化学热力 学、统计热力学、化学动力学、结构化学四大支柱组 成。 0.1 物理化学的目的和内容 物理化学（上）- 绪论 目的 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。 0.1 物理化学的目的和内容 物理化学（上）- 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 物理化学的目的和内容 物理化学（上）- 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，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 物理化学的目的和内容 物理化学（上）- 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 物理化学的目的和内容 物理化学（上）- 绪论 研究内容： 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。 物理化学（上）- 绪论 0.2 物理化学的研究方法 （1）遵循“实践—理论—实践”的认识过程，分别 采用归纳法和演绎法，即从众多实验事实概括到一 般， 再从一般推理到个别的思维过程。 如从理想气体状态方程的提出到范德华方 程的建立就是遵循上述方法的。 0.2 物理化学的研究方法 物理化学（上）- 绪论 （2）综合应用微观与宏观的研究方法，主要有：热力学方法、 统计力学方法和量子力学方法。 0.2 物理化学的研究方法 物理化学（上）- 绪论 •热力学方法： 宏观的方法，其研究对象是由 众多质点组成的宏观体 系，它以热力学三大定律为基础，用一系列体系的宏观性 质（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和速率。经典热力学方法只适 用于平衡体系。 0.2 物理化学的研究方法 物理化学（上）- 绪论 •统计力学方法： 它主要是运用微观研究手段，把统计描述与量子力学 原理结合起来， 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，从而解释宏观现象并能计算一些热力学 性质。 0.2 物理化学的研究方法 物理化学（上）- 绪论 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，从而揭示物性与结 构之间的关系。 物理化学（上）- 绪论 0.3 物理化学的建立与发展 十八世纪开始萌芽：从燃素说到能量守恒与转化 定律。俄国科学家罗蒙诺 索夫最早使用“物理化学”这 一术语。 0.3 物理化学的建立与发展 物理化学（上）- 绪论 十九世纪中叶形成：1887年俄国科学家W.Ostwald （1853～1932）和荷兰科学家 J.H.van’t Hoff （1852～1911） 合办了第一本“物理化学杂志” （德文）。 0.3 物理化学的建立与发展 物理化学（上）- 绪论 二十世纪迅速发展：新测试手段和新的数据处理方法不断 涌现，形成了许多新的分支学科， 如：热化学，化学热力学，电化学， 溶液化学，胶体化学，表面化学，化 学动力学，催化作用，量子化学和结 构化学等。 物理化学（上）- 绪论 0.4近代化学的发展趋势和特点 (1)从宏观到微观 (2)从体相到表相 (3)从定性到定量 (4)从单一学科到交叉学科 (5)从研究平衡态到研究非平衡态 化学学科的发展趋势 物理化学（上）- 绪论 (1) 从宏观到微观 单用宏观的研究方法是不够的，只 有深入到微观，研究分子、原子层次的运动规律，才 能掌握化学变化的本质和结构与物性的关系。 化学学科的发展趋势 物理化学（上）- 绪论 (2) 从体相到表相 在多相体系中，化学反应总是在 表相上进行，随着测试手段的进步，人们迫切希望 了解 表相反应的实际过程，这也进一步推动了表面 化学和多相催化的发展。 化学学科的发展趋势 (3) 从定性到定量 物理化学（上）- 绪论 随着计算机技术的飞速发展，大 大缩短了数据处理的时间，并可进行人工模拟和自动 记录，使许多以前只能 做定性研究的课题现在可进 行定量监测。 化学学科的发展趋势 (4) 从单一学科到交叉学科 物理化学（上）- 绪论 化学学科与其他学科以 及化学内部更进一步相互渗透、相互结合，形成了 许多极具生命力的交叉科学，如生物化学、海洋化 学、地球化学、天体化学、计算化学、金属有机化 学、物理有机化学等。 化学学科的发展趋势 物理化学（上）- 绪论 (5)从研究平衡态到研究非平衡态 经典热力学只 研究平衡态和封闭体系或孤立体系，然而对处于 非平衡态的开放体系的研究更具有实际意义，自 1960年以来，逐渐形成了非平衡态热力学这个学 科分支。 物理化学（上）- 绪论 0.5 物理化学课程的学习方法 了解本课程的知识构成，学习前人提出问题、解决问题的 逻辑思维方法 概念、原理 热 力 学 热 一 定 律 物理变化的理想气体 方法、应用 在溶液中的应用 物理变化的实际气体 在化学平衡中的应用 化学变化的理想气体 单相中的化学平衡问题 热 二 定 律 相平衡 多相中的变化 0.5 物理化学课程的学习方法 物理化学（上）- 绪论 注意各章节间及各物理量间的联系，要理解各物理量 的物理意义及特征，灵活掌握一些主要公式的使用条件。 课前预习，课后复习，勤于思考，培养自学和独立工作 的能力。 多做习题，通过独立解题，加深对课程内容的理解，检 查对课程的掌握程度。 重视实验，把实验课看成是提高自己动手能力和独立工作 能力的一个重要环节。 0.5 物理化学课程的学习方法 物理化学（上）- 四步循环并多次反复 绪论 物理化学（上）- 绪论 参考书 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（上）- 绪论 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（上）- 绪论 J.O'M. 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。