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1、 物 理 化 学 Physical Chemistry主讲：秦樊鑫Date1教师情况简介姓 名：秦樊鑫出生年月：1978.9单 位：贵州省山地环境重点实验室、师大分析测试中心职 称：副教授、副研究员、硕士生导师学 历：硕士主要承担课程 ： (本) 物理化学、食品分析与检验、仪器分析(硕) 现代实验技术、痕量分析Email：电 话：13595163096Date2Introduction 物 理 化 学 Physical Chemistry绪 论2018/8/103绪 论 1、化学反应中的物理现象2、什么是物理化学3、物理化学的学习内容4、物理化学的研究方法5、物理化学的建立与发展6、物理化学的
2、重要作用7、学习方法与参考教材Date4宏观上，化学变化总是包含或者伴随着各种物理现象： 各种反应的能量效应（放热或吸热 ） 电效应 光效应 压力或体积的变化 等等1、化学反应中的物理现象Date5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伴随着能量转化和光效应：1、化学反应中的物理现象Date6地球上最重要的化学反应地球上最重要的化学反应光合作用（光合作用（ PhotosynthesisPhotosynthesis）HH2 2OOCOCO2 2OO2 2 C C6 6HH1212OO6 6Light ReactionLight ReactionDark ReactionDark
3、 ReactionCalvin CycleCalvin CycleEnergyEnergy+ + +Splitting of waterATP andNADPH2ADT NADPChloroplastChloroplastUsed Energy and is Used Energy and is recycled.recycled.Light is Light is Adsorbed By Adsorbed By ChlorophyllChlorophyllDate7电能化学能电解电解电池电池1、化学反应中的物理现象能量转换：Date8燃烧过程中能量转化和体积变化Date9微观上，化学反应仍然
4、与物理过程密不可分：化学反应即电子重新分配，旧键断裂、新键形成。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。 1、化学反应中的物理现象Date10Kinetic energy Kinetic energy energy of motion. energy of motion.1、化学反应中的物理现象Date11物理化学是从物质变化的物理现象和化学现象的联系入手来探求化学变化及相关的物理变化基本规律的一门科学。2、什么是物理化学？物理化学是化学科学的理论基础与重要组成部分Date12Physical chemistry is th
5、e branch of chemistry that establishes and develops the principles of the subjects. Its concepts are used to explain and interpret observations on the physical and chemical properties of matter. Physical chemistry is also essential for developing and interpreting the modern techniques used to determ
6、ine the structure and properties of matter, such as new synthetic materials and biological macromolecules.-Atkins-2、什么是物理化学？Date13中国大百科全书中对物理化学下的 定义是“物理化学是化学科学中的一个 重要学科, 它借助数学, 物理等基础科 学的理论及其提供的实验手段, 研究化 学科学中的原理和方法, 研究化学体系 行为最一般的宏观、微观规律和理论的 学科, 是化学的理论基础”。2、什么是物理化学？Date14唐敖庆先生将现代化学学科的发展趋 势归纳为从宏观到微观, 从
7、体相到表 相, 从静态到动态, 从定性到定量, 从纯学科到边缘学科。而物理化学课 程则综合体现了这五大趋势, 并给予 科学创新以广阔天地。2、什么是物理化学？Date15由此可见, 物理化学具有对其他化学 学科的辅助作用, 观察问题透过现象 看到本质的作用, 和对拓展思维、创 新知识的指导作用等, 其重要地位和 作用是其它化学学科所不可替代的。2、什么是物理化学？Date163、物理化学的学习内容学习内容：(1)化学热力学化学反应的方向和限度（宏观平衡性质）(2)化学反应动力学化学反应的速率和机理 （动态性质）(3)结构与量子化学物质结构与性能的关系（微观结构性质）Date17化学热力学化学动
8、力学电化学胶体与界面化学催化化学光化学结构化学量子化学 等3、物理化学的学习内容Date184、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。Date19（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。Date20 热力学方法：以众多质点组成的宏观体系作为研究对象，以三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。4、物理化学的研究方法Date21第一定律第二定律第三定律内能(
9、U)和焓(H)U，HrUm，rHm引出热Q功W引出熵(S)，亥氏自由能(A)吉氏 自由能(G)S，A，G 引出判据化学势rGm引 出计算化学平衡原理化学热力学+化学热力学的基本框架:Date22 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，进而指示物性与结构之间的关系。4、物理化学的研究方法Date23 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，从而解释宏观现象并能计算一些宏观热力学性质。微观性质宏观性质统计力学方法4、物理化学的研究方法Date24十九世纪前期建立的道尔顿原子论和阿夫加德罗分子论；1
10、840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；1884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学说 ；这些理论的建立都为物理化学的形成和发展奠定了基础。5、物理化学的建立与发展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。Date251887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，标志着物理化学成为一门独立的学科分支。5、物理化学的建立与发展Date26F.W.Ostwald 德国化学家(1853-1932) 19
11、09年Nobel化学奖获得者 J.H.Vant Hoff 荷兰化学家(1852-1911) 1901年Nobel化学奖获得者 S.A.Arrhenius瑞典化学 家(1859-1927) 1903年 Nobel化学奖获得者 物理化学杂志创刊号上，同时摘要发表了瑞典化学家S.A.Arrhenius 的“电离学说”，上述三人都是物理化学的重要奠基人，由于他们对物理化学的卓越贡献 和研究工作中的亲密合作关系，被称为“物理化学三剑客”。 Date27物理化学学科的繁荣乃至整个化学的发展，还应该归功于该学科的一位卓越先驱 J. W.Gibbs5、物理化学的建立与发展Date28J. W.Gibbs在热力
12、学、冶金学、矿物学、岩石学、生理学等诸多领域都有着重要发现与巨大建树， 尤其是他将热力学理论、物理化学科研实践与数学完美结合，建立了同时代人难以破译的相平衡理论“相律”，从而极大地简化了一大批工业生产过程并使之成本下降，例如 :制冷、冶炼、燃烧、能源工程以及合成化学品、陶瓷、玻璃和肥料的大批量生产，从此化学才得以成为世界上规模最大的工业基础。5、物理化学的建立与发展Date29科学史学家们认为，吉布斯可称得上最伟大的科学家，可与牛顿和麦克斯韦相提并论。5、物理化学的建立与发展Date301906年以后：（1） Lewis提出逸度和活度概念以及测定方法，化学热力学的全部基础已经具备。5、物理化学
13、的建立与发展Date31（2） Laue(劳厄 )和Brag对X射线晶体结构分析的创造性研究，为经典的晶体学向近代结晶化学的发展奠定了基础。5、物理化学的建立与发展Date32（3） Arrhnius关于化学反应活化能的概念，以及Bodenstein(博登斯坦)和Nernst关于链反应的概念，化学动力学的发展迅速。5、物理化学的建立与发展Date3320世纪2040年代是结构化学大发展时期，这时的物理化学研究已深入到微观的原子和分子世界，改变了对分子内部结构的复杂性茫然无知的状况。 5、物理化学的建立与发展Date34第二次世界大战后到60年代期间，物理化学以实验研究手段和测量技术，使物理化学
14、的研究对象超出了基态稳定分子而开始进入各种激发态的研究领域。 5、物理化学的建立与发展Date3520世纪70年代以来，分子反应动力学、激光化学和表面结构化学代表着物理化学的前沿阵地。研究对象从一般键合分子扩展到准键合分子、原子簇、分子簇和非化学计量化合物。在实验中不但能控制化学反应的温度和压力等条件，进而对反应物分子的内部量子态、能量和空间取向实行控制。 5、物理化学的建立与发展Date36与此同时，1968年L.nsager因研究不可逆过程热力学理论和1977年I.Prigogine因创立非平衡热力学提出耗散结构理论而分别获得诺贝尔化学奖，这标志着非平衡态热力学研究取得了突破性的进展，化学
15、热力学进入新时代。 5、物理化学的建立与发展Date37热力学第一、二、三定律是现代物理化学的基础，但它们只能描述静止状态，在化学上只适用于可逆平衡态体系，而自然界所发生的大部分化学过程是不可逆过程。因此对于大自然发生的化学现象，应从非平衡态和不可逆过程来研究。5、物理化学的建立与发展Date3821世纪生物热力学和热化学研究，如细胞生长过程的热化学研究、蛋白质的定点切割反应热力学研究、生物膜分子的热力学研究等成为热力学领域的研究热点。5、物理化学的建立与发展Date3921世纪物理化学家的问题甚多：例如： 研究对象从宏观发展到介观； 微观结构研究由静态、稳态向动态、瞬态发展； 复杂体系、生命
16、过程的热力学和动力学行为。5、物理化学的建立与发展Date40总之，物理化学的发展 ，一是突破，二是融合。突破是指探索新的科学规律和科技成果，如从经典的平衡态热力学发展到非平衡热力学，从宏观反应动力学发展到微观的分子反应动力学。而融合是指学科交叉、共同解决各种问题，形成边缘学科 。5、物理化学的建立与发展Date416、物理化学的重要作用物理化学是化学科学的理论基础与重要组成：1901 1998年获诺贝尔化学奖者共 130位，其中约 82位是物理化学家或从事物理化学领域研究的科学家，这说明在 98个年头中化学科学最热门的课题与最引人注目的成就，60 %以上是集中在物理化学领域。Date42物理化学与国民经济发展密切相关：6、物理化学的重要作用鉴于石油及资源日渐呈现短缺的局面，减少污染的需求，使多种
