1、 Chemistry Chemistry Chemical EngineeringChemical Engineering 化学与化工学院化学与化工学院2022-11-17 物理化学电子教案绪论 Chemistry Chemistry Chemical EngineeringChemical Engineering 化学与化工学院化学与化工学院2022-11-17物理化学的概念物理化学的概念 Physical chemistry is the branch of chemistry that establishes and develops the principles of the subj
2、ects.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 determine the structure and properties of matter,such as new synthetic materials and b
3、iological macromolecules.-Atkins-Chemistry Chemistry Chemical EngineeringChemical Engineering 化学与化工学院化学与化工学院2022-11-17物理化学的概念物理化学的概念 物理化学是研究化学学科中的原理和方法物理化学是研究化学学科中的原理和方法,研究化学体系行为最一般规律和理论的学研究化学体系行为最一般规律和理论的学科科,是化学的理论基础。是化学的理论基础。-自然科学学科发展战略调研报告自然科学学科发展战略调研报告-以物理的原理和实验技术为基础，研究化以物理的原理和实验技术为基础，研究化学体系的性质和
4、行为，发现并建立化学体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。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）-Chemistry Chemistry Chemical EngineeringChemical Engineering 化学与化工学院化学与化工学院2022-11-17物理化学的概念 物理化学 是研究所有物质体系的化学行为的原理、规律和方法的学科。它是化学和物理学相互交叉的一门学科，它不同于它是化学和物理学相互交叉的一门学科，它不同于无机、有机、分析等学科，它们都有特殊的研究对象，无机、有机、分析等学科，它们都有特殊的研究对象，而物化则着重于研
5、究更具普遍性的化学运动的本质特征而物化则着重于研究更具普遍性的化学运动的本质特征和内在规律性。和内在规律性。在实验方法上主要采用物理学中的方法。Chemistry Chemistry Chemical EngineeringChemical Engineering 化学与化工学院化学与化工学院2022-11-17什么是物理化学?化学反应原子、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相态变化 Chemistry Chemistry Chemical EngineeringChemical Engineering 化学与化工学院化学与化工学院2022-11-17
6、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物理现象化学现象 Chemistry Chemistry Chemical EngineeringChemical Engineering 化学与化工学院化学与化工学院2022-11-170.1 物理化学的目的和内容目的 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。Chemistry Chemistry Chemical EngineeringChemical Engineering 化学与化工学院化学与化工学院2022-11-17物理化学主要研究内容（1）化学变化
7、的方向和限度问题 各种因素如温度、压力和浓度等对化学变化的影响等。这类问题属于化学热力学的范畴。（2）化学反应的速率和机理问题 外界条件如温度、压力、浓度和催化剂等对反应速率的影响。这属于化学动力学的范畴。（3）物质结构与性能之间的关系 研究这类问题有结构化学和量子化学两个分支 Chemistry Chemistry Chemical EngineeringChemical Engineering 化学与化工学院化学与化工学院2022-11-170.1 物理化学的目的和内容 a.a.能否反应？能否反应？b.b.如果能反应，则方向如何？如果能反应，则方向如何？c.c.如果能反应，反应到什么程度为
8、止？如果能反应，反应到什么程度为止？d.d.如果能反应，反应中能量变化如何？如果能反应，反应中能量变化如何？e.e.如果能反应，外界条件的改变对它（平衡）有何影响？如果能反应，外界条件的改变对它（平衡）有何影响？f.f.如果能反应，反应如果能反应，反应 的快慢如何？（即速度问题）的快慢如何？（即速度问题）g.g.如果能反应，反应的历程如何？如果能反应，反应的历程如何？h.h.如果能反应，外界条件对反应速率有何影响？如果能反应，外界条件对反应速率有何影响？i.i.如果能反应，反应过程中内部结构的变化如何？如果能反应，反应过程中内部结构的变化如何？Chemistry Chemistry Chemi
9、cal EngineeringChemical Engineering 化学与化工学院化学与化工学院2022-11-170.2 物理化学的研究方法采用归纳法和演绎法这一对逻辑方法按照“实践认识再实践再认识”的形式，往复循环以至无穷常用的研究方法有：实验的方法，归纳和演绎的方法，模型化方法，理想化方法，假设的方法，数学的统计处理方法等等主要有：热力学方法、统计力学方法和量子力学方法。Chemistry Chemistry Chemical EngineeringChemical Engineering 化学与化工学院化学与化工学院2022-11-17热力学方法：0.2 物理化学的研究方法 以众多
10、质点组成的宏观体系作为研究对象，以两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。Chemistry Chemistry Chemical EngineeringChemical Engineering 化学与化工学院化学与化工学院2022-11-17统计力学方法：0.2 物理化学的研究方法 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热力学的宏观性质。量子力学方法：用量子力学的基本方程（E Schrdinger方程）求解组成体系的微观粒子之间的相互作用及其规律，从而指
11、示物性与结构之间的关系。Chemistry Chemistry Chemical EngineeringChemical Engineering 化学与化工学院化学与化工学院2022-11-170.3 物理化学的建立与发展1.十八世纪开始萌芽：从燃素说到能量守恒与转化定律。俄国科学家罗蒙诺索夫(1711-1765)最早使用“物理化学”这一术语。Chemistry Chemistry Chemical EngineeringChemical Engineering 化学与化工学院化学与化工学院2022-11-170.3 物理化学的建立与发展2.十九世纪中叶形成：1887年俄国科学家W Ostwa
12、ld（18531932，后加入德国籍）和荷兰科学家J H vant Hoff (18521911)合办了第一本“物理化学杂志”(德文）。W Ostwald(18531932)J H vant Hoff(18521911)Chemistry Chemistry Chemical EngineeringChemical Engineering 化学与化工学院化学与化工学院2022-11-170.3 物理化学的建立与发展 发展经历了三个阶段:第一阶段 1887-1920 s ，化学平衡和化学反应速率的唯象规律的建立 19世纪中叶：热力学第一定律和热力学第二定律的提出 1850：Wilhelmy 第一
13、次定量测定反应速率 1879：质量作用定律建立 1889：Arrhenius 公式的建立和活化能概念的提出 1887：德文“物理化学”杂志创刊 1906-1912：Nernst热定理和热力学第三定律 建立 Chemistry Chemistry Chemical EngineeringChemical Engineering 化学与化工学院化学与化工学院2022-11-170.3 物理化学的建立与发展 第二阶段 1920 s-1960 s：结构化学和量子化结构化学和量子化学的蓬勃发展和化学变化规律的微观探索学的蓬勃发展和化学变化规律的微观探索 1926 量子力学建立 1927 求解氢分子的薛定
14、谔方程 1931 价键理论建立 1932 分子轨道理论建立 1935 共振理论建立 1918 提出双分子反应的碰撞理论 1935 建立过渡态理论 1930 提出链反应的动力学理论 Chemistry Chemistry Chemical EngineeringChemical Engineering 化学与化工学院化学与化工学院2022-11-170.3 物理化学的建立与发展 第三阶段第三阶段 1960 s-：由于激光技术和计由于激光技术和计算机技术的发展，物理化学各领域向更深度算机技术的发展，物理化学各领域向更深度和广度发展。和广度发展。Chemistry Chemistry Chemica
15、l EngineeringChemical Engineering 化学与化工学院化学与化工学院2022-11-170.3 物理化学的建立与发展20世纪迅速发展：表面化学热化学电化学化学热力学物理化学物理化学溶液化学胶体化学化学动力学催化作用量子化学结构化学 新测试手段和新数据处理方法不断涌现，形成了许多新的分支学科，如：Chemistry Chemistry Chemical EngineeringChemical Engineering 化学与化工学院化学与化工学院2022-11-170.4近代化学的发展趋势和特点(1)(1)从宏观到微观从宏观到微观(2)(2)从体相到表相从体相到表相(4
16、)4)从定性到定量从定性到定量(5)5)从单一学科到交叉学科从单一学科到交叉学科(6)6)从研究平衡态到研究非平衡态从研究平衡态到研究非平衡态(3)3)Chemistry Chemistry Chemical EngineeringChemical Engineering 化学与化工学院化学与化工学院2022-11-17化学学科的发展趋势 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。(1)从宏观到微观宏观(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 Chemistry Chemistry Chem
17、ical EngineeringChemical Engineering 化学与化工学院化学与化工学院2022-11-17化学学科的发展趋势 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，了解 表相反应的实际过程，推动表面化学和多相催化的发展。(2)从体相到表相 Chemistry Chemistry Chemical EngineeringChemical Engineering 化学与化工学院化学与化工学院2022-11-17化学学科的发展趋势(3)从静态到动态 激光技术和分子束技术的出现可以定激光技术和分子束技术的出现可以定量地研究具有指定量子态的反应粒子到指量地研究具有指
18、定量子态的反应粒子到指定量子态的产物粒子所发生的能量传递和定量子态的产物粒子所发生的能量传递和跃迁等基元过程速率的动态信息。跃迁等基元过程速率的动态信息。目前的分子反应动态学是非常活跃的学科目前的分子反应动态学是非常活跃的学科。Chemistry Chemistry Chemical EngineeringChemical Engineering 化学与化工学院化学与化工学院2022-11-17化学学科的发展趋势 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。(4)从定性到定量做原位反应，如：IR,FT-IRN
19、MRESRESCA气相色谱，液相色谱等。Chemistry Chemistry Chemical EngineeringChemical Engineering 化学与化工学院化学与化工学院2022-11-17化学学科的发展趋势 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。(5)从单一学科到交叉学科生物药学天文医学化学计算材料计算化学生物化学药物化学材料化学天体化学医用化学 Chemistry Chemistry Chemical EngineeringChemical Engineering 化学与化工学院化学与化工学院2022-11-17化学学
20、科的发展趋势 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。(6)从研究平衡态到研究非平衡态 Chemistry Chemistry Chemical EngineeringChemical Engineering 化学与化工学院化学与化工学院2022-11-17当前的前沿领域当前的前沿领域：分子动态学分子动态学 表面与界面物理化学表面与界面物理化学 非平衡非线性化学非平衡非线性化学 分子设计与分子工程学分子设计与分子工程学 Chemistry Chemistry Chemical Engi
21、neeringChemical Engineering 化学与化工学院化学与化工学院2022-11-1705、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(3)物理化学促进相关学科的发展(4)物理化学与国计民生密切相关(5)物理化学是培养化学人才的必需 Chemistry Chemistry Chemical EngineeringChemical Engineering 化学与化工学院化学与化工学院2022-11-17物理化学课程的任务物理化学课程的任务 传授知识：基本概念、基本理论、基本计算。传授知识：基本概念、基本理论、基
22、本计算。给予方法：一般的科学方法给予方法：一般的科学方法(辩证唯物主义方辩证唯物主义方法；认识论的方法；逻辑推理的方法法；认识论的方法；逻辑推理的方法)及物理及物理化学自己特有的理论方法化学自己特有的理论方法(热力学方法、量子热力学方法、量子力学方法、统计热力学方法力学方法、统计热力学方法)。要求掌握热力学方法，了解量子力学方法和要求掌握热力学方法，了解量子力学方法和统计热力学方法。统计热力学方法。方法的重要性：授人以鱼，不如授人以渔。方法的重要性：授人以鱼，不如授人以渔。培养能力：应用物理化学原理解决实际问题培养能力：应用物理化学原理解决实际问题的能力。知识方法创造性能力的能力。知识方法创造
23、性能力 Chemistry Chemistry Chemical EngineeringChemical Engineering 化学与化工学院化学与化工学院2022-11-17 物理化学课程的学习方法物理化学内容较多，理论性较强，概念比较抽象，公物理化学内容较多，理论性较强，概念比较抽象，公式多。注意逻辑推理的思维方法，反复体会感性认识式多。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。和理性认识的相互关系。1、抓住每章重点、抓住每章重点2、掌握主要公式的物理意义和使用条件、掌握主要公式的物理意义和使用条件3、课前自学，认真做笔记，及时复习、课前自学，认真做笔记，及时复习4、
24、注意章节之间的联系，做到融会贯通、注意章节之间的联系，做到融会贯通5、重视做习题，培养独立思考的能力，检查自己对课程内容、重视做习题，培养独立思考的能力，检查自己对课程内容的掌握程度。的掌握程度。注重概念、深入思考、及时总结、联系实际注重概念、深入思考、及时总结、联系实际 Chemistry Chemistry Chemical EngineeringChemical Engineering 化学与化工学院化学与化工学院2022-11-17 教材：物理化学（五版）教材：物理化学（五版）傅献彩等编（南京大傅献彩等编（南京大学学)参考书参考书：物理化学物理化学（四版）（四版）天津大学编天津大学编 物理化学物理化学（五版）（五版）胡英主编（华东理工大学）胡英主编（华东理工大学）物理化学学习指导物理化学学习指导 孙德坤等编（南京大学孙德坤等编（南京大学)物理化学导学物理化学导学 陈亚芍主编（陕西师范大学）陈亚芍主编（陕西师范大学）
