物理化学1-绪论
物理化学 第一章 绪论气体
物理化学讲课的内容
第一章 气体的pVT关系 第二章 热力学第一定律 第三章 热力学第二定律 第四章 多组分热力学 第五章 相平衡
3-10周 讲课 40 h
第六章 化学平衡 第七章 电化学 第八章 化学动力学 第九章 界面现象与
描述真实气体的 pVT 关系的方法： 1）引入压缩因子Z，修正理想气体状态方程 2）引入 p、V 修正项，修正理想气体状态方程 3）使用经验公式，如维里方程，描述压缩因子Z 它们的共同特点是在低压下均可还原为理想气体状态方程
1. 真实气体的 pVm - p 图及波义尔温度
T > TB
pVm - p曲线都有左图所示三种
c
T4
说明Vm(g) 与Vm(l)之差减小。
l2 l1
l
g2 g1
T3
Tc
TT12gg´´12 g
T = Tc时， l – g 线变为拐点c c：临界点 ；Tc 临界温度； pc 临界压力； Vm,c 临界体积
Vm
临界点处气、液两相摩尔体积及其它性质完全相同，界
面消失气态、液态无法区分，此时：
V p m Tc 0 ,
类型。
pVm
T = TB T < TB
(1) pVm 随 p增加而上升； (2) pVm 随 p增加，开始不变， 然后增加
p 图1.4.1 气体在不同温度下的 pVm－p 图
(3) pVm 随 p增加，先降后升。
T > TB T = TB
对任何气体都有一个特殊温度 -
波义尔温度 TB ，在该温度下，压
（密闭容器）
水
乙醇
苯
t / ºC 20 40 60 80 100 120
物理化学概述-绪论
现代化学键理论的形成 量子力学的兴起
结构化学形成 量子化学形成
⑶计算化学（Computational chemistry）时期
20世纪60年代，随着大容量高速电子计算机的发展，物理化学 的新生长点诞生——量子化学计算方法的研究。其中严格计算的 从头算方法、半经验计算的全略微分重叠和间略微分重叠等方法 的出现，扩大了量子化学的应用范围，提高了计算精度。
李远哲 J.C.Polanyi
1887年，自物理化学作为一门学科的正式形成后，大体经过了 三个时期的发展。
⑴化学热力学时期
19世纪中后期到20世纪初，物理化学家把热力学第一定律、第二定律 被广泛应用于各种化学体系进行研究，促使化学热力学蓬勃发展。
1867年，美国物理化学家Gibbs 通过对对多相平衡体系的研究提出了 相律。
美国化学家理查德·R·施罗克(Richard R. Schrock )其研究 主要从有机化学及无机化学的角度研究高氧化态金属配合物、相 关的催化反应及其催化机理。因其在烯烃复分解 反应的贡献，成为2005年诺贝尔化学奖获得者之 一。
美国化学家罗杰·科恩伯格(Roger D.Kornberg) 通过一系列的转录相关复合物（RNA聚合酶II、模 板DNA、合成出的mRNA、核苷酸、调控蛋白）的晶 体结构，从分子水平上帮助人们深入地理解真核转 录的分子机制。成为2006年诺贝尔化学奖获得者。
计算化学的发展，使定量的计算扩大到原子数较多的分子，并 加速了量子化学向其它学科的渗透。
1928～1933年，许莱拉斯、詹姆斯和库利奇计 算 He、H2，得到了接近实验值的结果。70 年代 又对它们进行更精确的计算，得到了与实验值几 乎完全相同的结果。
以色列化学家阿龙·切哈诺沃(Aaron Ciechanover)、阿夫拉 姆·赫什科(Avram Hershko)和美国化学家欧文·罗斯（Irwin Rose），在20世纪70—80年代发现泛素调节的蛋白质降解，揭示 了泛素调节的蛋白质降解机理，指明了蛋白质降解研究的方向， 成为2004年诺贝尔化学奖获得者。
《物理化学》课程教学大纲
物理化学课程教学大纲课程名称：物理化学英文名称：PhysicalChemistry课程编号：x2030672学时数：80其中实践学时数：0课外学时数：0学分数：5.0适用专业：能源化工一、课程简介物理化学课程是能源化工专业的一门重要专业基础课程。
课程内容包括化学热力学基础、化学动力学基础、多组分系统热力学、相平衡热力学、化学平衡热力学、界面层的热力学和动力学以及电化学系统的热力学和动力学等；其基础理论包括热力学、统计力学和量子力学；研究系统的状态及状态变化过程的方向与限度、速率和机理；为后续能源化工专业课的学习以及科学研究提供基础理论和研究方法。
通过物理化学课程的学习，使学生了解物理化学的研究内容、研究方法和发展现状，掌握物理化学中化学热力学、化学动力学的基本知识、基本原理和基本方法。
掌握有关物质变化过程的平衡与速率的基础理论和知识。
掌握物理化学基本原理和方法在化学平衡系统，相平衡系统，界面层以及电化学系统等方面的应用。
理解物理化学的理论知识在能源化工中的实际应用，获得应用物理化学的基本原理和方法分析能源化工相关问题的能力。
二、课程目标与毕业要求关系表三、课程教学内容、基本要求、重点和难点（一）绪论1、教学内容：物理化学发展历史，物理化学的研究内容、研究对象及研究方法。
2、基本要求了解物理化学发展历史，掌握物理化学的研究内容、研究对象及研究方法。
3、重点：物理化学的研究内容。
4、难点：物理化学的研究内容。
（二）化学热力学基础1、教学内容：热力学基本概念，热力学第一定律、热力学第二定律，热力学第三定律，掌握其原理和热力学方法及在物理化学过程中的应用，两个途径函数（W、Q）、五个状态函数（U、H、S、A、G）的性质、物理意义及增量值的计算，热力学基本方程、麦克斯韦关系式及状态方程式的导出及应用，偏摩尔量、化学势的定义及化学势作为判据在相变化、化学变化中的应用。
2、基本要求（1）熟练掌握热力学基本概念、术语。
《物理化学》课程教学大纲
物理化学Physical Chemistry一、课程基本情况课程类别：学科基础课课程学分：3学分课程总学时：48 学时，其中讲课：48 学时课程性质：必修开课学期：第3学期先修课程：高等数学、大学物理、材料化学适用专业：应用化学，材料物理等教材：沈文霞编，《物理化学核心教程》，科学出版社，2009年。
开课单位：物理与光电工程学院材料物理系二、课程性质、教学目标和任务本课程是适用于应用化学，材料物理等相关专业的学科基础课，本课程主要解决化学反应的方向和限度、化学反应的速率和机理等方面的问题，着重研究学科内更具普遍性的、更本质的化学运动内在规律，研究化学中的物质运动基本规律。
通过本课程的学习，要求学生了解和理解物理化学中重要的基本概念和基本知识，掌握各基本原理、定律、规则，并能进行计算和综合运用，解决一些实际问题，使学生在今后的实际工作中能有意识的运用化学观点去思考、认识和解决问题。
该课程的任务是激发学生学习化学的兴趣，将化学知识体系和思维方法传授给学生，培养学生分析和解决一般化学问题的能力，提高学生的化学素质，从而为后继课程以及今后从事生产和科研打下一定的化学基础。
三、教学内容和要求第1章绪论（1学时）（1）明确为什么要学习物理化学，了解物理化学课程内容；（2）掌握物理化学研究与学习的方法；（3）掌握物理量的表示与运算。
重点：物理量的表示难点：物理量的表示与运算第2章气体（2学时）（1）了解低压气体的经验定律、真实气体的状态方程；（2）理解液体的饱和蒸汽压和临界状态；（3）理解道尔顿分压定律和阿马格分体积定律（4）掌握理想气体的状态方程、混合物组成表示法；重点：混合物组成表示法；难点：液体的饱和蒸汽压和临界状态；道尔顿分压定律和阿马格分体积定律；第3章热力学第一定律（7学时）3.1 热力学概论（0.5学时）（1）了解热力学的研究对象；热力学的研究方法和（2）理解热力学研究方法的局限性；（3）掌握热力学研究方法；重点：热力学研究方法；难点：热力学研究方法的局限性；3.2 热力学的一些基本概念（0.5学时）（1）掌握热力学的一些基本概念；（2）掌握状态函数的特点；重点：热力学的一些基本概念；难点：状态函数的特点；3.3 热力学第一定律（1学时）（1）理解内能（U ）和焓（H）都是状态函数、热（Q）和功（W ）都是与途径有关的过程量。
绪论
Physical Chemistry
绪 论
三．物理化学的学习方法
1. 抓住三基：基本概念、基本理论、基本计算 2. 注重定性概念定量化的方法和技巧
•
• •
准确掌握公式的物理意义，适用范围
学习物理化学思维方法和逻辑推理过程 重视习题
3. 实验
四、主要参考书
天津大学 物理化学教研室编的 《物理化学》第4版 南京大学 傅献彩等编的《物理化学》第5版
Physical Chemistry
物理化学
Physical Chemistry
绪 论
一、物理化学的任务和内容
物理化学 从研究物理变化和化学变化的联系入手，探
求化学变化的基本规律。又称理论化学。 主要内容 （1）化学热力学：研究化学反应的方向和限度 （2）相变化、表面化学、电化学、胶体和大分子化学
由于附加压力的存在, 新相种子难以形成, 也就是说构成结 石的晶核在没有诱因( 比如胆管感染, 肝脏异常) 的情况 下, 是难以形成的。 四、物理化学渗透到药学各个环节
新药合成 药物生产-----化学动力学 性能表征-----比表面积 贮存期测定----化学动力学 半衰期测定---给药时间 中草药有效成分的提取----表面与胶体
药物体内过程：药理学、药代动力学
药物提取分离和合成：合成药物化学、天然药物化学
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物理化学在药学中的作用
一、为药物新剂型的开发提供理论指导 固体分散体-----低共熔相图原理 灰黄霉素-酒石酸低共熔混合பைடு நூலகம்的溶出速度比纯灰黄霉素 的大2.7倍;
48%尿素与52% 磺胺噻唑制成的低共熔混合物的溶出速度 是纯磺胺噻唑的12倍。
（3）化学动力学：研究化学反应的速率和机理
物理化学绪论
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§0-３物理化学的研究方法
•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热力学的 宏观性质。 •量子力学方法：
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§0 –1物理化学的目的、内容和任务
Zn+2NH４Cl +2MnO２ = Zn(NO３)２ Cl2 + 2MnOOH
Pb + 2H２SO４+ PbO２ = 2PbSO４ +2H２O
NiOOH + M(H) = Ni(OH)２ + M 照相底片AgBr被感光后引起化学反应，而使图像显示出 来 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 爆炸反应可以起巨大的压力，体积变化等
一、物理化学学科的形成
1．从宏观角度看，化学变化总是包含或 者伴随着各种能量形式的物理现象
例如，各种反应的能量效应（放热或吸热 ）； 电流效应；光效应；压力或体积的变化等
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§0 –1物理化学的目的、内容和任务
Ca(NO3)2 .4H2O+Na2SO4.10H2O=CaSO4+2NaNO3+14H2O
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§0-5 物理化学和中学化学教学
1、中学化学实验常用到硫酸和乙醇试剂，通常硫酸 的浓度是95-98%，乙醇的浓度是95%，为什么 不是 100%？
2、乙二醇的凝固点是261.7K, 而60%乙二醇的水溶 液的凝固点是224.2K（相差37度）。为什么两者的 凝固点相差这么大？
绪论教案
第一节：课程名称：物理化学本课内容：物理化学的研究对象及其重要意义，物理化学的研究方法，有关数学与气体知识的复习授课对象：高分子材料授课时间：90分钟本课习题：无一、教学目的物理化学又称为理论化学。
研究物理化学的目的，是为了解决生产实际和科学实验向化学提出的理论问题，从而使化学能更好地为生产实际服务。
二、教学意义物理化学与化学中的其它学科(如无机化学、分析化学、有机化学等)之间有着密切的联系，物理化学则着重研究更具有普遍性的、更本质的化学运动的内在规律性。
物理化学所研究的基本问题亦正是其它化学学科最关心的问题。
物理化学与无机化学、分析化学、有机化学等学科相互交叉融合，形成了诸如无机物理化学、有机物理化学、高分子物理化学、生物物理化学、材料物理化学等新兴交叉学科。
三、教学重点物理化学的研究方法，除必须遵循一般的科学方法以外，由于研究对象的特殊性，还有其特殊的研究方法。
四、教学难点物理化学是化学类专业的一门重要基础课，通过学习物理化学课程，应当培养一种理论思维的能力，或者说是用物理化学的观点和方法来看待化学中问题的能力；亦就是说要用热力学观点分析其有无可能，用动力学观点分析其能否实现，用分子和原子内部结构的观点分析其内在原因；这种能力的培养只有通过物理化学(包括结构化学)课程的学习才能培养。
五、教学方式以电子课件为依托、辅以板书的课堂讲授方式。
六、讲授内容1. 物理化学的研究对象及其重要意义2. 物理化学的研究方法3. 学习物理化学的方法(1) 要注意逻辑推理的思维方法。
(2) 必须注意要自己动手推导公式。
(3) 重视多做习题。
(4) 勤于思考。
4. 有关数学知识的复习(1) 函数：Z = f (x,y)(2) 偏微分(3) 全微分的物理意义(4) 全微分的性质5. 有关气体知识的复习(1) 三个经验定律(2) 理想气体状态方程(3) 混合理想气体(4) 实际气体和理想气体的比较(5) 物质的pVT关系和相变七、讲授方法1. 物理化学的研究对象及其重要意义用锂离子电池、石油化工分馏塔、功能高分子材料等实例，说明物理化学课程的重要意义。
1绪论理想气体
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• 物理化学是化学领域一门非常重要和关键的基 础学科。它在化学、材料、化工、生物、医药 等领域有着广泛的应用。 • 定义：应用物理学原理和方法研究有关化学现 象和化学过程的一门科学。 • 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。
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 而指示物性与结构之间的关系。
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三、物理化学的研究内容
①化学热力学——化学变化的方向和限度，以及伴随发生的 能量转换关系； 例如合成氨，常温常压下能否进行？产率？ ②化学动力学——化学反应的速率和机理； 上例理论上可行。关键是寻找合适的催化剂和反应途径（ 模拟生物固氮） ③结构化学——物质的性质与其微观结构的关系 例如研究与氮分子有关的配合物的结构，以及它们在不同 条件下的变化，就有利于常温常压下寻找固氮的途径。
其物理意义：p是一个状态函数，dp只与始、终 态有关，而与途径无关。
⒋全微分的性质：
p p V T V T T V T V
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⒌微分法则与积分法则（查数学手册）
Chapter 1 Gas
• 本章基本要求： • 掌握理想气体状态方程 • 掌握理想气体的宏观定义及微观模型 • 掌握分压、分体积概念及计算。 • 理解真实气体与理想气体的偏差、临界现象。 • 掌握饱和蒸气压概念 • 理解范德华状态方程、对应状态原理和压缩因子图，了解 对比状态方程及其它真实气体方程。
德文）。 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。
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气体
分子运动论
理想气体 实际气体
van de Waals实际气体状态方程
状态方程
a
气-液转变 相关计算等
p
Vm2
Vm
b
RT
平衡态，经典热力学与应用
热力学第一，第二定律 纯物质的简单状态变化 纯物质两相间的转变(相平衡) 化学反应(化学平衡) 混合物中各组分的热力学量(偏摩尔量，化学势) 界面现象 (表面能、表面张力，吸附与表面活性剂) 电化学
热 热 衡 化 动 结 结分热 核 动 与
力 力 热 学 力 构 构 布 力 磁 力 分子
学学力动 学 与
学 共 学 动力
宏观 微观 学 力
平衡态
学
振
量振
学
动
谱
三、物理化学课程的作用、特点和学习方法
作 用
核心基础理论
特 点
物理思想与物理量定义严格 数理逻辑严密、数学手段多： 数学推导多、数学公式多、使用条件严、课程内容多、要求记
physical chemistry 物理化学
Chapter 1 绪论
一、什么是物理化学
内涵: 用物理学方法研究化学基本规律与物质性质的科学 地位: 联系各分支学科的理论纽带
二、现代物理化学典型内容与研究方法
气体 平衡态，经典热力学与应用 平衡态，统计热力学 非平衡热力学 经典化学动力学 现代反应动力学 物质结构与性质
物质结构与性质
• 单个分子的电子结构与性质——量子化学
• 集团分子(材料)结构与性质——分子力/动力学(MM/MD)
• 实验方法
《现代化学分析技术》
现代 物理化学的研究方法
热力学
动力学 非 经 现 分 电 电 反 IR 反 分子
典 计 平 典 代 子 子 荷 应 与 应 力学
忆多！
预习 听讲 读书 作业
学习方法
参考书目
平衡态，统计热力学
统计力学，量子力学 研究 微观粒子运动——宏观热力学量 的联系
非平衡热力学
• 非平衡的实际过程 (20世纪80年代) • 近平衡态 • 远离平衡态(耗散结构)
经典化学动力学
经验公式 碰撞理论 过渡状态理论 速率方程 c-t
现代反应动力学
• 单分子反应 • 态—态反应