物理化学——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。
论物理化学绪论课的重要性及教学方法
论物理化学绪论课的重要性及教学方法随着社会的发展，物理化学教育的重要性也随之提高。
近年来，物理化学专业的发展也得到了许多有影响力的人士的关注，人们越来越重视物理化学教育，并认识到物理化学绪论课的重要性。
因此，教师们在教学时要重视物理化学绪论课的教学方法，着力推广具有严谨性和创新性的物理化学课堂环境，以促进学生学习物理化学知识，创造良好的物理化学教学氛围，为今后的物理化学专业发展做好准备。
首先，物理化学绪论课的教学方法应该发挥重要的作用。
在教学过程中，教师应该重视学生的需求，以引导他们了解物理化学知识，并增强他们对物理化学的兴趣。
另外，教师还应该注重对学生个性化的教学，根据学生的学习能力开展精彩的教学，以调动学生学习物理化学的兴趣，丰富学生的学习经验。
另外，老师还可以推出一些新颖有趣的教学方法，如实验演示、小组讨论等形式，以促进学生积极参与，吸收更多知识。
其次，物理化学绪论课的学习环境也非常重要。
在构建学习环境时，应该营造良好的氛围，帮助学生更好地掌握物理化学知识。
如果老师能制定一些科学合理的课堂规范，及时给予学生反馈，让他们了解物理化学的性质，能够更好地吸收知识。
此外，在教学过程中，老师还可以提出一些新颖有趣的教学游戏，以激发学生对物理化学知识的学习兴趣，让他们在课堂上更有活力，加深对物理化学知识的理解。
最后，老师需要注意学生的学习情况，及时制定学习计划，以不断完善学生的学习经历，增加学习效率。
老师应根据学生的学习情况调整教学计划，并定期对学生的学习状态进行反馈，以提高学生学习的效率。
综上所述，物理化学绪论课的重要性和教学方法无可置疑，以及教师们非常重视物理化学课堂上给予学生的学习环境和反馈，以帮助学生更好地理解物理化学知识，为物理化学专业的发展做准备。
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
Physical Chemistry
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
论物理化学绪论课的重要性及教学方法
物理化学绪论课对于大学生来说是一门十分重要的课程，它不仅仅是普通课程，而且更多的是一门综合性课程，它既有物理学的思想，又有化学的技术。
它既考查学生们的物理学知识，也考查他们的化学知识。
物理化学绪论课程强调学生理解和应用物理化学、解决实际问题的能力，以及培养学生的创新能力和实践能力。
因此，对于教学来说，物理化学绪论课的重要性不言而喻。
首先，教师必须把握好课程的整体脉络，以把握好教学的核心。
其次，要积极利用现代化的教学手段，如多媒体教学技术、互动式教学等，让学生获得更深入的理解，从而提高学习效率。
此外，教师还应重视学生的实践能力，以实验等方式让学生更好地理解物理化学的实质，并能够灵活运用所学知识解决实际问题。
总之，物理化学绪论课是一门重要的课程，教师在教学中应注重理论与实践相结合，利用多种教学手段，以促进学生更好地掌握物理化学知识。
2022年绪论(2)
•
--- 中国大百科全书（唐有祺）----
5 一.绪论 二.数学复习 三.气体
2、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
• (2) 化学反应的速率和反应机理
•
----- 化学体系的动态性质
• (3) 化学体系的微观结构和性质
6 一.绪论 二.数学复习 三.气体
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。
14 一.绪论 二.数学复习 三.气体
7. 学习物理化学的目的和意义
目的: ① 扩大知识面，打好专业基础；掌握热力学处理
即：
pV= nRT
24 一.绪论 二.数学复习 三.气体
(3)混合理想气体
1 Dalton分压定律: p(总)=pi 2 Amagal分体积定律：V(总)=Vi
设一体积为V，温度为T的容器中，含有k种理想 气体,其组分为A, B,，而且相互之间不发生化 学反应。 n(总)= nA + nB + = ni
4、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
11 一.绪论 二.数学复习 三.气体
5. 物理化学的研究方法
物理化学是化学学科中的一个重要分 支，是化学科学的理论基础。
物理化学绪论
2019/12/8
绪论
20
§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：
2019/12/8
绪论
4
§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
2019/12/8
绪论
3
§0 –1物理化学的目的、内容和任务
Ca(NO3)2 .4H2O+Na2SO4.10H2O=CaSO4+2NaNO3+14H2O
2019/12/8
绪论
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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？
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0.5
物理化学的发展
量子化学: 探讨分子体系的性质,根据计算进 行分子的合理设计(如药物设计、材料设计、 物性预测等) 热力学：非平衡态热力学的发展
美国化学家昂萨格Onsager提出的“倒易关系” 比利时化学家普里高津Prigogine提出的“耗散结构理论” Onsager和Prigogine分别在1968年和1977年 获Nobel化学奖。
2013-7-25
C60分子是一种由60个碳原子构成的分子，它形似足球， 因此又名足球烯。C60是单纯由碳原子结合形成的稳定分子， 它具有60个顶点和32个面，其中12个为正五边形，20个为正 六边形。 应用： ①气体的贮存 ②有感觉功能的传感器 ③增强金属 ④新型催化剂 ⑤光学应用 ⑥癌细胞的杀伤效应 2013-7-25
2013-7-25
0.5
物理化学的发展
结构化学: 由阐明分子结构发展到研究物质的 表面结构、内部结构、动态结构 现代波谱技术和衍射分析可分析测定晶体结 构，“看到”原子的原子层次分辨
如：1982年诺贝尔化学奖得主A.Klug开创了“晶体电子显微
学”，并用于揭示核酸-蛋白质复合物的结构
1991年诺贝尔化学奖得主R.Ernst用核磁共振谱法研究大 分子在溶液中的动态结构
物 理 化 学
2013-7-25
绪
论
是什么？
学什么？ 怎么学？
2013-7-25
绪
论
目的 学习 方法 内容
物理 化学
研究 方法 形成
发展
2013-7-25
2013-7-25
国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC） International Union of Pure and Applied Chemistry
的定点切割反应热力学研究、生物膜分子的热力
学研究等.
2013-7-25
0.6 物理化学课程重要性
课程重要性
极富生命力的学科 20世纪诺贝尔化学奖 中占64% 中科院化学学部院士 1/3研究物理化学 课程体系中的 龙头学科
知识能力素质培养
服
2013-7-25
务
创
新
0.7 物理化学课程的学习目的
基本知识 原理
2013-7-25
LHC-II是绿色植物中含量最丰富的主要捕光复合物， 这种复杂的分子体系镶嵌在生物膜中，具有很强的疏 水性，难以分离和结晶。对其晶体结构的测定是国际 公认的高难课题，也是一个国家结构生物学研究水平 的重要标志。 03年北京同步辐射实验室生物大分子晶体学线站获得 了该晶体的高分辨率衍射数据，最终获得2.72Å分辨 率的晶体结构，该结果以封面文章形式发表于04年3 月的《自然》杂志。
2013-7-25
0.4
物理化学的形成
1887年
俄国科学家W.Ostwald（1853～1932）、
荷兰科学家J.H.van’t Hoff(1852～1911) 合办了第一本“物理化学杂志”（德文）
2013-7-25
0.4
物理化学的形成
物理化学三剑客
Nobel化学奖获得者
德国化学家W.Ostwald ， 1909年 荷兰化学家Van‘t Hoff ， 1901年 瑞典化学家S.A.Arrhenius ， 1903年
交叉分子束技术 (称为分子反应动力学)：
86年获Nobel化学奖
飞秒激光技术: 99年获Nobel化学奖
2013-7-25
0.5
物理化学的发展
新的分支学科形成: 如：化学热力学，热化学，
电化学，溶液化学，胶体化学，表面化学，化学
动力学，催化作用等. 化学热力学的热点研究领域有生物热力学和热化 学研究，如细胞生长过程的热化学研究、蛋白质
学习 目的
科学思维 方法 解决实际 问题
2013-7-25
0.8 物理化学课程的学习方法
理论与实验并重 课程 特点
逻辑推理性强 物理量多、公式多
教与学
精讲 勤练 多用
2013-7-25
1.冬天大雪后为什么要在马路上撒盐？人工降雨的
原理是什么？
2.如果使海水降低0.1℃就足以使全世界的工厂
1000年所需的能量了，能造出一个机器使热量 全部变为功吗？ 3.为什么混合过程是一个由有序到无序的自发过程， 而生命现象是由无序到有序的过程？
【成立经过】 1919年成立于法国巴黎。法定永久地址和总部设在瑞士苏黎 士，依照瑞士法律登记注册。 【宗旨】 非政府、非营利、代表各国化学工作者组织的联合会，其宗 旨是促进会员国（Member Countries） 化学家之间的持续合 作；研究和推荐对纯粹和应用化学的国际重要课题所需的规 范、标准或法规汇编；与其他涉及化学本性有关课题的国际 组织合作；对促进纯粹和应用化学全部有关方面的发展作出 贡献。
【成员】 各国仅可通过一个全国性的组织（国家化学理事会、化学会、 科学院或是任意一种科技团体或机构）代表该国化学工作者 参加IUPAC。设国家会员组织（National Adhering Organization）观察员国家（Observer Country）和联系会 2013-7-25 员（Associated Organization）等。
2013-7-25
课后思考题
我对物理化学课程的初步认识
2013-7-25
2013-7-25
0.5
物理化学的发展
近代化学的发展趋势和特点： (1) 从宏观到微观 (2) 从体相到表相 (3) 从静态到动态 (4) 从定性到定量 (5) 从单一学科到交叉学科 (6) 从研究平衡态到研究非平衡态
2013-7-25
0.5
物理化学的发展
物理化学的发展
突
2013-7-25
破
融 合
但过多的活性氧自由基就会有破坏行为，导致人体 正常细胞和组织的损坏，从而引起多种疾病。如心 脏病、老年痴呆症、帕金森病和肿瘤。此外，外界 环境中的阳光辐射、空气污染、吸烟、农药等都会 使人体产生更多活性氧自由基，使核酸突变，这是 人类衰老和患病的根源。
2013-7-25
自由基导致的凋亡
2013-7-25
2013-7-25
2013-7-25
微观上，
分子、 原子间 相互作 用、相 互结合 方式及 运动方 式的变 化
物质 化学 变化
能 量 形 式 的 变 化
热电 光声 等 物理 现象
2013-7-25
0.2
物理化学的组成
化学热力学：化学变化的方向和限度
化学动力学：化学反应的速率和机理 结构化学： 分子、原子结构与性能
0.3 物理化学的研究方法
•
量子力学方法：
用量子力学的基本方程（E.Schrodinger方
程）求解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。
2013-7-25
0.4
物理化学的形成
1752年
俄国的化学家和物理学家
罗蒙诺索夫｛M.B.ЛOMOHOCOB (17111765)｝第一个提出了物理化学这一词
2013-7-25
2013-7-25
2013-7-25
0.5
物理化学的发展
反应机理
化学动力学：
反应类型
反应物种
实验方法
光化反应
链反应
催化反应
自由基化学
2013-7-25
2013-7-25
生物体系主要遇到的是氧自由基，例如超氧阴离子 自由基、羟自由基、脂氧自由基、二氧化氮和一氧 化氮自由基。加上过氧化氢、单线态氧和臭氧，通 称活性氧。体内活性氧自由基具有一定的功能，如 免疫和信号传导过程。
所证明。此外，还有C70等许多类似C60的分子也
已被相继发现。
2013-7-25
0.3 物理化学的研究方法 •热力学方法：
研究对象：宏观体系
理论基础：两个经典热力学定律 适用对象：平衡体系
2013-7-25
0.3 物理化学的研究方法
•统计力学方法：
概率统计规律 计算 解释
2013-7-25
微观运动的平均结果 宏观现象、性质
三种武器消除自由基 天然武器－－抗氧化剂 维生素E和维生素C 生化武器－－ 酶 为了补充这种酶，应摄取 含硒的食物。如动物的肾脏、 牡蛎、鳕鱼、比目鱼等。 甜蜜武器－－保健食品
2013-7-25
0.5
物理化学的发展
实验方法的研究----快速的探测方法
化学弛豫技术和闪光光解技术 ：
67年获Nobel化学奖
2013-7-25
0.4
物理化学的形成
F.W.Ostwald 德国化学家 (1853-1932) 1909年Nobel化学 奖获得者
J.H.Van't Hoff 荷兰化学家 (1852-1911) 1901年Nobel化学 奖获得者
S.A.Arrhenins 瑞典化学家 (1859--1927) 1903年Nobel化学 3-7-25
0.1 什么是物理化学
物理化学是介于物理与化学的中间学科， 作为化学的理论基础，又称理论化学，属于
化学的一个分支(二级学科)，是化学的基础
学科。
2013-7-25
0.1 什么是物理化学
物理化学
从研究化学现象和物理现象之间的相互 联系入手，从而探求化学变化中具有普遍 性的基本规律。 主要采用物理学的原理和实验方法。
足球烯是美国休斯顿赖斯大学的克罗脱 (Kroto,H.W.)和史沫莱(Smalley,R.E.)等人于1985
年提出的。他们用大功率激光束轰击石墨使其气
化，用1MPa压强的氦气产生超声波，使被激光 束气化的碳原子通过一个小喷嘴进入真空膨胀， 并迅速冷却形成新的碳原子，从而得到了C60。 C60的组成及结构已经被质谱、X射线分析等实验