物理化学 PHYSICAL CHEMISTRY （THEORETICAL CHEMISTRY） 00-7-28.

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1 物理化学 PHYSICAL CHEMISTRY （THEORETICAL CHEMISTRY）

2 教学简介 一、教材：物理化学 刘幸平主编 北京科学出版社出版

3 二、主要参考书目 1. 物理化学（第四版） 傅献彩主编(南京大学) 高等教育出版社出版 2. 物理化学 吉林大学、四川大学编著
1. 物理化学（第四版） 傅献彩主编(南京大学) 高等教育出版社出版 2. 物理化学 吉林大学、四川大学编著 人民教育出版社出版 3. 物理化学解题指导 刘幸平主编 北京科学出版社出版 4.物理化学 侯新朴主编 人民卫生出版社

4 绪论 PREFACE 1）.化学变化的本质：化学变化的本质—原子或原子团的重新组合、或化学键的形成，这是客观存在的规律。
2）.化学和物理的紧密联系： A.反应中： a.化学反应中伴随着物理变化 N2+3H2=2NH3+22.9千卡——放热反应 其中 V、T、P、C、等均发生变化 b.物理条件促进化学变化 T、P为最常见的，上述反应为合成氨的反应式, 　另外还有光子　如Ｈ２＋Ｃl２=２ＨＣl Ｂ.分子、原子间作用力的微观物理运动形式

5 一、物理化学课程的目的和任务： 1.学习目的：
物理化学是各门化学的理论基础。反应能否进行，程度如何？化学变化的本质是什么？怎样控制反应的进行？反应过程中的能量变化关系如何？怎样利用化学反应所释放出的能量？这是化学领域中必须面对的各种问题，从理论上探讨化学变化的一些规律，研究物质的化学行动形态和物理行动形态的关系是学习该门课程的目的所在.

6 2.任务： 1）在于采用物理学的原理、实验方法与数学手段来研究在化学变化中引起物理条件的变化，或称为伴随着物理变化，采用不同的物理条件引起不同的化学反应结果的规律与原因； 2）研究重新组合到底经过什么途径？有什么规律？为什么要经过这一途径？等等， 这些需要从理论上进行解释。热力学和动力学中可找到部分答案。 由此种种因素的促使，物理化学的形成势在必行。

7 应用物理学原理和方法，从化学现象与物理现象的联系入手，探求化学变化基本规律。又称理论化学，涉及三个主要内容。
3.物理化学领域中经典的三大内容: 应用物理学原理和方法，从化学现象与物理现象的联系入手，探求化学变化基本规律。又称理论化学，涉及三个主要内容。 1）热力学：是一门宏观科学 ，研究一个体系的各种平衡性质之间的关系。 2）化学动力学：是研究速率过程的学科。 3）量子化学：分子及构成分子的电子和原子核，不遵守经典力学，它们的运动服从量子力学的规律。将量子力学应用于原子结构、分子键及光谱学即形成量子化学。

8 4.本教材中物理化学内容 第一章：热力学第一定律和热化学10 第二章、第三章：热力学第二定律和化学平衡14
第四章：相平衡(热力学定律在多相体系的应用) 8 第五章：电化学(热力学定律在电化学中的应用）3 第六章：化学动力学(化学反应速率及其影响因素）10 第七章：表面现象(热力学定律在高分散体系中的应用) 8 第八章：溶胶(研究溶胶体系的特性）6 第九章：大分子溶液(研究大分子溶液的特性）5

9 二、物理化学的研究方法 1.一般的科学方法： 从观察客观现象入手，人为地控制一些因素与条件，有意识地简化，有计划地进行实验使现象重复出现，从复杂的现象中寻找、发现并总结一些普遍规律，为经验定律；在根据已知的知识，通过归纳、思维和推理，提出假设或模型，说明现象的原由。在进一步推测客观事物的新现象和规律并为多方面实践所验证，该模型成为理论。

10 二、物理化学的研究方法 2.物理化学的研究方法
热力学方法：热力学是以很多质点所构成的体系为研究对象，从经验概括出来的两个定律为基础，经过严密的逻辑推理，建立了一些热力学函数，用以判别变化的方向和平衡的条件。它的结论十分可靠。 量子力学的方法：是从单个或少数粒子的运动规律来推断大量粒子所组成的体系的规律。 统计力学的方法：把大量粒子所构成的体系的微观运动和宏观表现联系起来。 三种方法各有特点及适用范围，因而也各有局限性。

11 三、物理化学的学习方法 1.抓住每章的重点内容，理解所学的内容，而不是强记。 2.注意各章节间的联系、公式的结论，动手推导公式。
3.预习、学习、复习相结合，不积压，不懂及时解决，相互间可以讨论。 4.多做习题，经常遇到的问题是不懂，却问不出问题。只有通过做题，才能发现问题，解决问题。 5.重视实验，实验方法是物理方法，也是当今各领域的主要研究手段。

12 四.物理化学的建立与发展 1.18世纪：萌芽阶段 火的认识、能量守恒化学亲和力等 2.19世纪：形成阶段
1.18世纪：萌芽阶段 火的认识、能量守恒化学亲和力等 2.19世纪：形成阶段 A.形成原因： 元素周期表 物理的热力学定律 B.名称的来源：范德霍夫和奥斯特瓦的杂志 3.20世纪：发展阶段 工业的发展尤其是石油工业 4.近代趋势：

13 五、物理化学在医药学中的应用 疾病的诊断，有许多依靠仪器，其中一些仪器的使用会涉及物理化学的原理。如血液电泳，血粘度的测定与疾病的诊断。 从天然药物中分离提取有效成分需要经过蒸馏、萃取、乳化、吸附等原理，这些要用到有关相平衡，表面现象等物理化学知识。 选择合适的工艺路线，从单味草药到复方，从复方到成药需经过一系列工艺过程，每一过程的温度、药物浓度等的摸索，以选择最佳工艺路线，这需要用到动力学方面的知识。 药物剂型改革，同量药物，颗粒越小，治疗效果越好；片剂、针剂、栓剂、糊剂等各有其作用，属不同的流体等，这需要掌握好表面，溶胶、大分子溶液方面的知识。

14 气体 热气球

15 气体具有易压缩性, 体积受压力和温度的影响很大.
引言 在气液固三种聚集状态中, 气体最容易用分子模型进行研究. 在物质的众多宏观性质中, p, V, T三者意义明确, 易于测量. 下列函数关系称为状态方程: f ( p, V, T, n ) = 0 气体具有易压缩性, 体积受压力和温度的影响很大. 气体分子的无规则运动NH3(g)和HCl(g)在空中化合成NH4Cl(s) 高氯酸铵分解放出大量气体, 用于作火箭推进剂

16 理想气体状态方程 气体理论的三位奠基者: Amedeo Avogadro (1776 —1856)
Robert Boyle (1627 — 1691) Born in Ireland Joseph Gay-Lussac (1778 — 1850) Frenchman Amedeo Avogadro (1776 —1856) an Italian

17 随着烧瓶里的气体被抽出, 药用蜀葵内含的气体体积膨胀
理想气体状态方程 随着烧瓶里的气体被抽出, 药用蜀葵内含的气体体积膨胀 玻义尔 J 管 烧杯里的铅的重量增加, 针管里的气体体积减小

18 波义耳定律的一个应用 —— 气压水井

19 理想气体状态方程 理想气体状态方程: 上述三经验定律相结合, 得到 pV = nRT
波义尔定律 pV = 常数 (n, T 恒定) 盖 吕萨克定律 V / T = 常数 (n, p 恒定) 阿伏加德罗定律 V / n = 常数 (T, p 恒定) 气球在液氮冷却作用下体积减小 相同质量, 温度和压力时He 和Ar 具有不同的体积(和密度). 两种气体的体积与其物质的量成正比. He 0.6g/L Ar 1.6g/L 理想气体状态方程: 上述三经验定律相结合, 得到 pV = nRT 式中 R 为摩尔气体常数, 数值为8.314，单位 Jmol-1  K-1 .

20 理想气体模型 理想气体: 凡在任何温度、压力下均服从理想气体状态方程的气体称为理想气体. 理想气体的两个特征:
(1)分子本身必定不占有体积; (2)分子间无相互作用. 解释: (1) T 恒定时, pVm = 常数, 意味着 p , Vm  0. (2) p = (n/V)RT, 表明在恒温下, 气体分子碰撞器壁的压力与分子数密度成简单的比例关系, 可见每一分子碰撞器壁的动量变化不受气体密度(或气体分子间距)的影响, 而这只有在分子间没有相互作用时才有可能. 理想气体状态方程近似适用于低压实际气体. 易液化气体的适用压力范围较窄, 难液化气体则相对较宽.

21 摩尔气体常数 R = pVm/T 只适用于理想气体, 故不能从任意条件下的实际气体的实测 pVT 数据求得.
理想气体在273.15K时的 pVm = Jmol－1 ; 各种实际气体的pVm当p 0时也具有同样的值. 由此可求出普适气体常数: R = (pVm)p 0 /T = Jmol-1 K-1