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1、 物理化学物理化学(II)PHYSICAL CHEMISTRY （1）赵 丹 E-mail： Phone:15879176996 1 为何要学习物理化学为何要学习物理化学理科哲学理科哲学普遍物理化学现象背后的原理普遍物理化学现象背后的原理应用物理化学学科的逻辑发现、解决问题应用物理化学学科的逻辑发现、解决问题思维训练思维训练自我学习理解能力的提高自我学习理解能力的提高解决实际问题的能力基础解决实际问题的能力基础引言引言2 何谓物理化学何谓物理化学 物理化学是从物质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 -付献彩付献彩-以物理的原理和实验技术为基础，研究化
2、学体系的性质和行为，发现并建立化学体系的特殊规律的学科。-中国大百科全书（唐有棋）中国大百科全书（唐有棋）-Physical chemistry is the 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 es
3、sential fordeveloping and interpreting the modern techniques used to determine the structure and properties of matter,such as new synthetic materials and biological macromolecules.-Atkins-3 物理化学的研究内容物理化学的研究内容(1)化学反应的方向、限度和能量效应 -化学体系的平衡性质化学体系的平衡性质 (2)化学反应的速率和反应机理-化学体系的动态性质化学体系的动态性质 (3)化学体系的微观结构和性质化学体
4、系的微观结构和性质其它分支学科还包括：其它分支学科还包括：电化学、界面及胶体化学、电化学、界面及胶体化学、光化学等光化学等 将物理化学原理应用于不同的体系，则产生了物理有机化学、生物物物理有机化学、生物物理化学、冶金物理化学理化学、冶金物理化学等等。与其他学科交叉：微波化学、机械微波化学、机械力化学、声化学、摩擦化学、磁化学力化学、声化学、摩擦化学、磁化学4 物理化学学科的战略地位物理化学学科的战略地位 (1)物理化学是化学科学的理论基础及重要组 成学科(2)物理化学极大地扩充了化学研究的领域 (溶液化学、电化学、光化学和光电化学、量子化学、胶体和界面化学、微波化学、声化学、力化学、磁化学、键
5、合分子 准键合分子和非化学计量物、极端条件化学过程）(3)物理化学促进相关学科的发展 （材料化学、环境化学、生物化学、药物化学、地质化学）(4)物理化学与国计民生密切相关 (新能源、新材料、新药物、绿色化学）(5)物理化学是培养化学人才的必需 （适应能力强，后劲足，易于开辟新的领域）5 学好物理化学的建议学好物理化学的建议 正确理解基本概念、理论模型、公式的物理意义及应用条件。掌握并领会物理化学的研究方法。重视习题的演算。优秀的学生作完一道题后会返回去问自己：为什麽我做了这麽长时间？我最后发现的通向正确道路的线索是什麽？以后再遇到同类的问题怎样才能尽快地解出？很多东西是通过解题之后才学到的。-
6、Levine-6 关于课程的一些要求关于课程的一些要求（1）教材和参考书：教材：教材：物理化学简明教程 印永嘉编 推荐参考书推荐参考书:物理化学 傅献彩等编（南京大学)物理化学 韩德刚 高执棣 高盘良(北大）物理化学习题解答（上、下册）王文清等编（北大）物理化学学习指南 高盘良 Physical Chemistry IRA N.Levine （2）作业：每周交一次（3）答疑：每周一次 时间：每周二上午 地点：理生楼B607 Phone:15879176996（4）成绩评定：成绩评定：平时成绩（作业，测验）：30%期末考试：70%上届上届45人中人中,10人卷面成绩人卷面成绩不足不足60分分,最
7、终成最终成绩有绩有4人未通过人未通过1-1.热力学基本概念热力学基本概念 （Basic concepts of thermodynamics)1.系统与环境系统与环境 （system and surroundings)敞开（开放）系统（Open system）封闭（密闭）系统（Closed system）隔离（孤立）系统（Isolated system）第一章第一章 热力学第一定律热力学第一定律 （The first law of thermodynamics)H2O(g)1000C,101.325kPa敞开系统：敞开系统：H2O(l)1000C恒温热源(100oC)（E，M皆交换）皆交换）封
8、闭系统：封闭系统：（E交换，交换，M不交换）不交换）绝热壁隔离系统：隔离系统：（E，M皆不交换）皆不交换）2.热力学的研究内容热力学的研究内容（1）平衡热力学（经典热力学）（2）非平衡热力学3.平衡热力学的特点平衡热力学的特点（1）研究对象研究对象：大量粒子组成的宏观体系。（热力学的结论不适用于微观体系中单独粒子或少量粒子的行为）（2）研究方法研究方法：在经验定律的基础上，通过演绎的方法，得出一般性的规律。（高度的普适性和可靠性）（3）只考虑过程的初、末态，不考虑过程的细节。（知其然，不知其所以然）4.热力学平衡状态热力学平衡状态 （equilibrium state of thermodyn
9、amics)如果处在一定环境条件下的系统,其所有的性质均不随时间而变化;而且当此系统而且当此系统与环境隔离后与环境隔离后,也不会引起系统任何性质的也不会引起系统任何性质的变化变化,则称该系统处于热力学平衡状态。则称该系统处于热力学平衡状态。H2O(l)1000CH2O(g)1000C,101.325kPa恒温热源(100oC)绝热壁热力学平衡状态H2O(l)1000CH2O(g)1000C,101,325kPa 处于热力学平衡的系统必须同时满足下列平衡：（1）热平衡（）热平衡（thermal equilibrium):无绝热壁时系统内各部分之间没有温度的差别。热力学第零定律热力学第零定律 如果
10、系统A与系统B成热平衡，系统B与系统C成热平衡，则系统A与系统C也必然成热平衡。（2）力平衡（）力平衡（mechanical equilibrium)在不考虑重力场与其它外场作用的情况下，系统内部处处压力相等。（3）相平衡（）相平衡（phase equilibrium)系统内物理性质及化学性质完全均匀的一部分称为一相。若在一个多相系统中，各相的组成及数量均不随时间而变化，则称该系统处于相平衡。（4）化学平衡（）化学平衡（chemical equilibrium)若系统中各物质之间存在化学反应，当系统组成不随时间而变化时，系统处于化学平衡。5.状态函数（状态函数（state functions)
11、(1)定义（定义（definition)：描述（确定）系统状态的系统的各宏观物理性质（如温度、压力、体积等）称为系统的热力学性质，又称为状态函数状态函数。（2）分类分类(classification)：广度（广延、容量）性质（extensive property)强度性质（intensive property)(a)广度性质具有部分加和性，强度性质无部分加和性。V总=V1+V2 (b)广度性质是系统所含的物质的量的一次齐函数，强度性质是零次齐函数。P总p1+p2T1,p1,V1 T2,p2,V2（c）两个广度性质相除，所得为强度性质 例如：Vm=V/n,=m/V,Cm=C/n（3）性质：）性质
12、：(a)一个系统的状态函数之间是彼此关联的 一个组成不变的均相体系，只需两个强度一个组成不变的均相体系，只需两个强度性质即可确定系统所有的强度性质性质即可确定系统所有的强度性质。(b)状态函数是状态的单值函数 状态函数的值与系统的历史无关；当系统由一个状态变化到另一个状态时，当系统由一个状态变化到另一个状态时，状态函数的增量只取决于系统的初、末态，状态函数的增量只取决于系统的初、末态，而与具体变化的路径无关。而与具体变化的路径无关。(c)状态函数的增量可用全微分表示。(d)状态方程(state equations)理想气体的状态方程可表示为：pV=nRT6.热和功热和功热（热（heat）体系与
13、环境之间因温差而传递的能量称为热，用符号Q 表示。Q的取号：体系吸热，Q0；体系放热，Q0；体系对环境作功，W0。Q和和W都不是状态函数，其数值与变化途径有关。都不是状态函数，其数值与变化途径有关。1-2 热力学第一定律热力学第一定律 The first law of thermodynamics 1.能量转化与守恒定律能量转化与守恒定律Joule 实验 2.内能内能(internal energy，用，用U表示表示)热力学能（热力学能（thermodynamic energy)(1)内能是组成体系的所有粒子的各种运动 和相互作用的能量的总和。(2)内能是系统的状态函数。(3)内能的绝对值尚无
14、法确定。3.热力学第一定律热力学第一定律（The First Law of Thermodynamics）实质：实质：能量守恒与转化定律能量守恒与转化定律在热现象领域内所具有的特殊形式，即在任何过程中能量既不能创造，也不能消灭，只能从一种形式转变为另一种形式，而不同形式的能量在互相转换时，永远是数量相当的。也可以表述为：第一类永动机（无外界能量供应而不断对外做功）是不可能制成的。第一定律是人类经验的总结。孤立体系中，能量的形式可以转化，但能量的总值不变。孤立体系中，能量的形式可以转化，但能量的总值不变。一个封闭系统其热力学能的增加等于系统从环境吸收的热量与环境对系统做功之和。U=Q+W对微小变化：dU=Q+W复习复习:1.1-1.4作业作业:2，5，7