物理化学(胡英-第四版)配套课件热力学第一定律1.ppt

物理化学 PhysicalChemistry 袁文霞化学系物理化学教研室 主要参考书 胡英主编 物理化学 第五版 高等教育出版社 2008梁英教编 物理化学 第二版 冶金工业出版社 2003物理化学习题集 校内印刷 2001PeterAtkins etal PhysicalChemistry SeventhEdition W H FreemanandCompany NewYork 2002 绪论 什么是物理化学 目的 利用数学 物理学中的理论及实验手段 研究化学变化 thestudyoftheunderlyingphysicalprinciplesthatgovernthepropertiesandbehaviorofchemicalsystems Physicalchemistry 平衡规律 当系统的平衡态改变时 能量 体积和各物质的数量变化规律 速率规律 热量 动量和物质的传递以及化学反应中各物质的数量随时间变化的规律 平衡规律和速率规律是物理化学的研究核心 物理化学研究的两大规律 内容分类 速率的研究 化学反映速率 扩散 电池内电荷的流动等 1 化学热力学 化学动力学 物质结构和性能的关系问题 原子结构 分子成键 光谱等 结构化学 量子化学 2 化学变化的方向和限度问题 3 4 统计热力学 微观和宏观关系问题的研究 内容框架 本学期学习内容 以平衡篇为主要内容 加上速率篇 共学习八章 1 热力学第一定律2 热力学第二定律3 多组分系统的热力学4 相平衡5 化学平衡6 化学动力学7 表面化学8 电化学 6学时 12学时 10学时 10学时 6学时 10学时 8学时 8学时 物理化学研究方法 1 经典方法 1 化学热力学 经典统计力学 2 化学动力学 2 现代理论方法 1 量子化学 不含时间变化 量子统计力学 2 量子动力学 含时间变化 3 现代实验方法 激光方法 10 15秒 Femtosecond 加州理工大学 分子交叉束方法 哈佛大学 Harvard 加州大学 Berkeley 原子分子物理所 李远哲 台湾 中科院化学所 大连化学物理研究所 单分子光谱方法 哈佛大学 Harvard 麻省理工 MIT 质谱仪 核磁共振仪等 物理化学研究方法 物理化学研究的特点及趋势 1 宏观 微观 2 体相 表相 3 静态 动态 4 定性 定量 5 平衡 非平衡 6 单一学科 交叉学科 第1章热力学第一定律及其应用 早在19世纪 焦尔 Joule 开尔文 Kelvin 克劳修斯 Clausius 热力学 物质的热性质 1 1引言 1 1 7经典热力学的不足 1 1 1物质的聚集状态 1 1 2体系 或系统 1 1 3状态和状态函数 1 1 4体系的性质 1 1 5状态方程 1 1 6热力学体系的平衡条件 1 1 1 物质的聚集状态 区分流体 凝聚相固体的晶型 最基本的宏观平衡性质有 pVT关系 一定数量物质的压力 体积和温度间的依赖关系 热性质 热容 相变热 生成热 燃烧热等 物质的pVT状态图 有关相图和相平衡知识将在第4章系统学习 1 1 2体系 或系统 体系 研究对象 包含大量原子 分子的系统 体系 环境 1 孤立体系 体系与环境没有能量和物质的交换 又称隔离体系 分三类 体系 环境 2 封闭体系 火 体系与环境没有物质的交换但有能量的交换 1 1 2体系 或系统 体系 环境 3 开放体系 火 例如 细胞膜中交换物质的水通道 交换 和 离子 离子的通道 2003Nobel奖 体系与环境有物质和能量的交换 1 1 2体系 或系统 forthediscoveryofwaterchannels TheNobelPrizeinChemistry2003 fordiscoveriesconcerningchannelsincellmembranes PeterAgre1949 RoderickMacKinnon1956 forstructuralandmechanisticstudiesofionchannels 环境 任何体系 新体系 孤立体系 研究孤立体系具有重要的科学意义 状态 体系一切性质的总和 包括平衡态和非平衡态 1 1 3状态和状态函数 当体系所有的性质都一定时 体系的状态就一定 而任何一个性质发生变化 状态就发生变化 状态函数 由状态 平衡态 单值决定的性质 状态一定 状态函数也一定 如果状态发生变化 则状态函数的变化仅决定于体系的初态和终态 与所经历的具体过程无关 状态函数的无限小变化是全微分 1 1 3状态和状态函数 1 1 4体系的性质 可直接观察到的变量 温度 T 压力 P 体积 V 物质的量 n 等 可间接得到的变量 热力学能 U 焓 H 熵 S 等 1 变量的分类 I 实验角度 体积 V 物质的量 n 热力学能 U 焓 H 等 2 变量的分类 II 性质角度 广延变量 又叫容量变量 强度变量 温度 T 压力 P 粘度 密度 摩尔性质等 1 1 4体系的性质 1 1 5状态方程 系统处于一定状态时 各种性质都有确定的数值 性质之间存在相互关系 例如 理想气体的状态方程 实际气体的范德华方程 绝热过程 范德华 JohannesDiderikVanDerWaals 1837 1923 因在气态和液态方程方面的研究工作 获得了1910年度诺贝尔物理学奖 1 发现了范德华方程 2 发现了气体对应定律 预言了气体液化所必需的条件 1 1 6热力学体系的平衡条件 1 热平衡 温度分布均匀 2 力平衡 体系各部分之间的作用力相等 3 相平衡 在不同相之间没有物质的净转移