物理化学简介.doc

物理化学物理化学是在物理和化学两大学科基础上发展起来的。它以丰富的化学现象和体系为对象,大量采纳物理学的理论成就与实验技术,探索、归纳和研究化学的基本规律和理论,构成化学科学的理论基础。物理化学的水平在相当大程度省反映了化学发展的深度。概述物理化学是以物理的原理和实验技术为基础，研究化学体系的性质和行为，发现并建立化学体系中特殊规律的学科。 随着科学的迅速发展和各门学科之间的相互渗透，物理化学与物理学、无机化学、有机化学在内容上存在着难以准确划分的界限，从而不断地产生新的分支学科，例如物理有机化学、生物物理化学、化学物理等。物理化学还与许多非化学的学科有着密切的联系，例如冶金学中的物理冶金实际上就是金属物理化学。 物理化学的发展历史一般认为，物理化学作为一门学科的正式形成，是从1877年德国化学家奥斯特瓦尔德和荷兰化学家范托夫创刊的物理化学杂志开始的。从这一时期到20世纪初，物理化学以化学热力学的蓬勃发展为其特 物理化学辅导征。 热力学第一定律和热力学第二定律被广泛应用于各种化学体系，特别是溶液体系的研究。吉布斯对多相平衡体系的研究和范托夫对化学平衡的研究，阿伦尼乌斯提出电离学说，能斯脱发现热定理都是对化学热力学的重要贡献。 当1906年路易斯提出处理非理想体系的逸度和活度概念，以及它们的测定方法之后，化学热力学的全部基础已经具备。劳厄和布喇格对 X射线晶体结构分析的创造性研究，为经典的晶体学向近代结晶化学的发展奠定了基础。阿伦尼乌斯关于化学反应活化能的概念，以及博登施坦和能斯脱关于链反应的概念，对后来化学动力学的发展也都作出了重要贡献。 20世纪2040年代是结构化学领先发展的时期，这时的物理化学研究已深入到微观的原子和分子世界，改变了对分子内部结构的复杂性茫然无知的状况。 1926年，量子力学研究的兴起，不但在物理学中掀起了高潮，对物理化学研究也给以很大的冲击。尤其是在1927年，海特勒和伦敦对氢分子问题的量子力学处理，为1916年路易斯提出的共享电子对的共价键概念提供了理论基础。1931年鲍林和斯莱特把这种处理方法推广到其他双原子分子和多原子分子，形成了化学键的价键方法。1932年，马利肯和洪德在处理氢分子的问题时根据不同的物理模型，采用不同的试探波函数，从而发展了分子轨道方法。 价键法和分子轨道法已成为近代化学键理论的基础。鲍林等提出的轨道杂化法以及氢键和电负性等概念对结构化学的发展也起了重要作用。在这个时期，物理化学的其他分支也都或多或少地带有微观的色彩，例如由欣谢尔伍德和谢苗诺夫两个学派所发展的自由基链式反应动力学，德拜和休克尔的强电解质离子的互吸理论，以及电化学中电极过程研究的进展氢超电压理论。 第二次世界大战后到60年代期间，物理化学以实验研究手段和测量技术，特别是各种谱学技术的飞跃 物理化学著书发展和由此而产生的丰硕成果为其特点。 电子学、高真空和计算机技术的突飞猛进，不但使物理化学的传统实验方法和测量技术的准确度、精密度和时间分辨率有很大提高，而且还出现了许多新的谱学技术。光谱学和其他谱学的时间分辨率和自控、记录手段的不断提高，使物理化学的研究对象超出了基态稳定分子而开始进入各种激发态的研究领域。 光化学首先获得了长足的进步，因为光谱的研究弄清楚了光化学初步过程的实质，促进了对各种化学反应机理的研究。这些快速灵敏的检测手段能够发现反应过程中出现的暂态中间产物，使反应机理不再只是从反应速率方程凭猜测而得出的结论。这些检测手段对化学动力学的发展也有很大的推动作用。 先进的仪器设备和检测手段也大大缩短了测定结构的时间，使结晶化学在测定复杂的生物大分子晶体结构方面有了重大突破，青霉素、维生素B12、蛋白质、胰岛索的结构测定和脱氧核糖核酸的螺旋体构型的测定都获得成功。电子能谱的出现更使结构化学研究能够从物体的体相转到表面相，对于固体表面和催化剂而言，这是一个得力的新的研究方法。 60年代，激光器的发明和不断改进的激光技术。大容量高速电子计算机的出现，以及微弱信号检测手段的发明孕育着物理化学中新的生长点的诞生。 70年代以来，分子反应动力学、激光化学和表面结构化学代表着物理化学的前沿阵地。研究对象从一般键合分子扩展到准键合分子、范德瓦耳斯分子、原子簇、分子簇和非化学计量化合物。在实验中不但能控制化学反应的愠度和压力等条件，进而对反应物分子的内部量子态、能量和空间取向实行控制。 在理论研究方面，快速大型电子计算机加速了量子化学在定量计算方面的发展。对于许多化学体系来说，薛定谔方程已不再是可望而不可解的了。福井谦一提出的前线轨道理论以及伍德沃德和霍夫曼提出的分子轨道对称守恒原理的建立是量子化学的重要发展。 物理化学还在不断吸收物理和数学的研究成果，例如70年代初，普里戈金等提出了耗散结构理论，使非平衡态理论研究获得了可喜的进展，加深了人们对远离平衡的体系稳定性的理解。 中国物理化学的发展历史，以1949年中华人民共和国成立为界，大致可以分为两个阶段。在3040年代，尽管当时物质条件薄弱，但老一辈物理化学家不仅在化学热力学、电化学、胶体和表面化学、分子光谱学、X射线结晶学、量子化学等方面做出了相当的成绩，而且培养了许多物理化学方面的人才。 1949年以后，经过几十年的努力，在各个高等学校设置物理化学教研室进行人才培养的同时，还在中国科学院各有关研究所和各重点高等学校建立了物理化学研究室，在结构化学、量子化学、催化、电化学、分子反应动力学等方面取得了可喜的成绩。 物理化学的研究内容一般公认的物理化学的研究内容大致可以概括为三个方面： 化学体系的宏观平衡性质 以热力学的三个基本定律为理论基础，研究宏观化学体系在气态、液态、固 物理化学著书态、溶解态以及高分散状态的平衡物理化学性质及其规律性。在这一情况下，时间不是一个变量。属于这方面的物理化学分支学科有化学热力学。溶液、胶体和表面化学。 化学体系的微观结构和性质 以量子理论为理论基础，研究原子和分子的结构，物体的体相中原子和分子的空间结构、表面相的结构，以及结构与物性的规律性。属于这方面的物理化学分支学科有结构化学和量子化学。 化学体系的动态性质 研究由于化学或物理因素的扰动而引起体系中发生的化学变化过程的速率和变化机理。在这一情况下，时间是重要的变量。属于这方面的物理化学分支学科有化学动力学、催化、光化学和电化学。 物理化学的理论支柱物理化学的主要理论支柱是热力学、统计力学和量子力学三大部分。热力学和量子力学分别适用于宏观和微观系统，统计力学则为二者的桥梁。原则上用统计力学方法能通过个另分子、原子的微观数据来推断或计算物质的宏观现象。 物理化学的组成部分物理化学由化学热力学、化学动力学和结构化学三大部分组成。 物理化学的创建化学和物理学的联系，如果把拉瓦锡时代算做第一期，本生时代列为第二期的话，那么到范霍夫时代则可以说是第三期的开始。到第三期时，物理化学已经具备了科学体系。若是想确定物理化学的创建纪念年代的话，恐怕以1887年最为合适。因为在这一年，出版了经典式的标准教科书并创办了专业刊物物理化学杂志的缘故。经典式的标准教科书化学总论教科书所谓经典式的标准教科书是指奥斯特瓦尔德撰写的化学总论教科书（Lehrbuch der allgemeinem 物理化学著书Chemie），是由上、下两卷（后改订为三卷）组成的巨著，上卷是关于化学量的理论，下卷是关于亲和力的理论。这是一部系统地概括了过去的有关成果，指出了物理化学的研究方法和范围，以及将来的发展方向的标准著作。 奥斯特瓦尔德和范霍夫应该共享物理化学创建者的荣誉。范霍夫在阿姆斯特丹建立了学派，奥斯特瓦尔德在莱比锡培养了大批专家，双方并列为这门新兴科学的两大中心，可以认为是这个时代的创举。 在阿姆斯特丹是以范霍夫为中心，身边聚集了德温特（Ch.vanDeventer，1860）、斯普林（Walther Spring，18481911）、莱希尔（Lodewijk Th.Reicher，1857）、柯恩（Ernst Cohen，1869）、戈德施密特（Heinrich Goldschmidt，1857）和布瑞迪希（Georg Bredig，1868）等；在莱比锡方面的奥斯特瓦尔德周围有能斯特（Walther Nernst，18641941）、瓦尔登（Paul Walden，1863）、贝克曼（Ernst Beckmann，18531923）、博登斯坦（MaxBodenstein，18711942）、勒布兰（M.Le Blance）和路特尔（R.Luther）等人，东西呼应，互通信息，为化学理论的建设而努力奋斗，贡献是十分明显的。具体事例之一是物理化学杂志（Zeit-schrift fr physikaliche Chemie）的创刊。从前，在德国早已创刊了有机化学、无机化学和应用化学的专业杂志，但是还未有关于理论化学或物理化学的专业刊物。于是，就以奥斯特瓦尔德为核心，由范霍夫积极协助，还有德、英、美和俄国的专家们参加，终于在1887年出了创刊号，从此，就形成了这方面的强而有力的学术编辑机构。 傅献彩所著教材物理化学概况作者：傅献彩 出版社：高等教育出版社 ISBN：7040028689 出版时间：1990年05月 内容简介本书是在1979年修订的第三版物理化学的基础上，参照近年来我国有关院校物理化学课程的现状，对原书进行了调整和增删。全书重点阐述了基本概念和基本理论，同时考虑到不同读者的需要也适当介绍了一些与学科发展趋势有关的内容。各章均附有课外阅读的参考书目，以扩展教材内容的深度和广度。为便于读者巩固所学到的知识、提高解题能力，同时也为了便于自学，书中编入较多的例题和习题，书末附有答案。全书采用了以国际单位制(SI)单位为基础的中华人民共和国法定计量单位和国家标准(GB)中所规定的符号。 林宪杰所著教材物理化学概况作者：林宪杰 出版社： 科学出版社 ISBN: 9787030272539 出版时间： 2010年5月1日 开本： 16开 定价: 55.00元 内容简介物理化学是在山东省教育厅试点项目“物理化学课程改革”研究成果的基础上，结合长期的教学经验编写而成的。全书共分14章，对化学热力学、f二学动力学、统计热力学等内容进行了系统的介绍， 在保持物理化学理论体系的基础上，力求简明扼要，以便于在教学中使用，同时尽可能地反映物理化学的新进展。 物理化学可作为高等院校化学、化工类专业物理化学课程的教材，亦可供生物、医学等相关专业师生参考。 目录前言 第0章 绪论 0.1 物理化学的定义、形成和发展 0.2 物理化学研究的内容和方法 0.3 物理化学的学习方法 第1章 热力学第-定律 1.1 热力学基本概念 1.1.1 系统和环境 1.1.2 系统的状态、状态性质和状态函数 1.1.3 过程与途径 1.1.4 热力学能(U) 1.1.5 热量和功 1.2 热力学第-定律概述 1.2.1 热力学第-定律的表述 1.2.2 热力学第-定律的数学表达式 1.2.3 热力学能是状态函数的证明 1.3 功与过程 1.3.1 体积功的计算 1.3.2 过程的可逆性 1.4 热量与过程 1.4.1 焓与热容 1.4.2 相变焓 1.4.3 化学反应焓变 1.5 热力学第-定律对理想气体的应用 1.5.1 热力学能和焓与温度的关系 1.5.2 绝热过程 1.6 理想气体的卡诺循环 习题 第2章 热力学第二定律 2.1 自发过程的共同特征 2.1.1 自发过程和非自发过程 2.1.2 自发过程的共同特征 2.2 热力学第二定律的表述 2.2.1 克劳修斯说法 2.2.2 开尔文说法 2.3 卡诺定理 2.3.1 卡诺定理介绍 2.3.2 卡诺定理的推论 2.3.3 不可逆循环过程的热温商 2.4 熵的概念 2.4.1 熵的引入 2.4.2 克劳修斯不等式 2.4.3 熵增原理 2.4.4 熵的物理意义 2.5 熵变的计算 2.5.1 简单pVT化过程 2.5.2 相变化 2.6 热力学第三定律和规定熵 2.6.1 热力学第三定律 2.6 12规定熵 2.6.3 化学反应过程的熵变 2.7 亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能 2.7.1 亥姆霍兹自由能 2.7.2 吉布斯自由能 2.8 热力学基本方程 2.8.1 热力学基本方程 2.8.2 对应系数关系式 2.8.3 麦克斯韦关系式 2.9 A与G的计算和应用 2.9.1 理想气体的恒温过程 2.9.2 吉布斯自由能与温度的关系 2.9.3 可逆相变 习题 第3章 非平衡态热力学简介 3.1 不可逆过程中的熵变 3.2 局域平衡假设 3.3 力与流的关系和昂萨格倒易关系 3.3.1 力与流的关系 3.3.2 昂萨格倒易关系 3.4 化学反应的偶合 第4章 化学势 4.1 偏摩尔量 4.1.1 偏摩尔量的定义 4.1.2 偏摩尔量的加和公式 4.1.3 吉布斯-杜亥姆方程 4.2 化学势概述 4.2.1 多组分系统热力学基本方程 4.2.2 化学势的定义 4.2.3 化学势判据及其应用 4.3 气体的化学势 4.3.1 纯理想气体的化学势 4.3.2 混合理想气体中某组分的化学势 4.3.3 实际气体的化学势和逸度 4.4 纯固体和液体的化学势 4.5 理想混合物中各组分的化学势 4.5.1 拉乌尔定律 4.5.2 理想混合物 4.5.3 理想混合物中组分B的化学势 4.6 稀溶液中各组分的化学势 4.6.1 亨利定律 4.6.2 稀溶液 4.6.3 稀溶液中组分的化学势 4.7 实际溶液的化学势 4.7.1 以理想溶液为基准进行校正 4.7.2 以稀溶液为基准进行校正 4.7.3 活度和活度系数的计算 4.8 稀溶液的依数性 4.8.1 溶剂的蒸气压下降 4.8.2 凝固点降低 4.8.3 沸点升高 4.8.4 渗透压 习题 第5章 化学平衡 5.1 化学反应进度 5.2 化学反应亲和势 5.2.1 化学反应的平衡条件 5.2.2 化学反应过程中的吉布斯自由能变化 5.2.3 化学反应亲和势 5.3 化学反应等温式 5.3.1 化学反应等温式概述 5.3.2 平衡常数 5.4 标准反应吉布斯自由能变化 5.4.1 标准生成吉布斯自由能 5.4.2 标准反应自由能变化的计算 5.5 气相反应的平衡常数 5.5.1 理想气体化学反应 5.5.2 实际气体化学反应 5.6 复相反应的平衡常数 5.7 平衡常数与温度的关系 习题 第6章 相平衡 6.1 相律 6.1.1 相和相数 6.1.2 独立化学平衡数和独立浓度关系数 6.1.3 物种数和组分数 6.1.4 自由度和自由度数 6.1.5 相律的推导 6.2 单组分系统 6.2.1 单组分系统的两相平衡 6.2.2 水的相图 6.3 二组分完全互溶双液系统 6.3.1 理想溶液的气-液平衡 6.3.2 实际溶液的气-液平衡 6.4 二组分部分互溶双液系统 6.4.1 具有最高临界溶解温度的相图 第7章 电解质溶液 第8章 可逆电极过程 第9章 不可逆电级过程 第10章 化学动力学 第11章 界面现象 第12章 催化作用基础 第13章 胶体和高分子溶液 第14章 统计势力学 物理化学今后的发展状况随着人们科学知识的不断积累,科学认识的日益深化和现代科学技术,如新谱学方法、分子束和激光技术、巨型计算机和先进计算方法等的应用,使物理化学的理论与实验研究均进入一个崭新的发展阶段。现代物理化学发展的明显趋势和特点是,从宏观到微观,从体相到表面,从静态到动态等。目前物理化学已在一定程度上能指导实践,并在实践中不断得到丰富和发展。 中国物理化学家 卢嘉锡卢嘉锡(1915)中国物理化学家。原籍台湾省台南县。1915年10月26日生于福建省思明县（今厦门市）。1934年毕业于厦门大学化学系。1937年赴英国留学，在伦敦大学化学系进行人工放射性卤素同位素的化学浓集以及同位素交换反应化学动力学的核化学和放射化学研究。1939年获 卢嘉锡(11张)该校哲学博士学位后，去美国加州理工学院继续深造，在著名化学家L.C.鲍林指导下，从事结构化学的研究。在参加美国国防研究过程中，曾在燃烧与爆炸研究方面取得可喜成果。1945年回国后，历任厦门大学教授、化学系主任、理学院院长、副教务长、研究部副部长、部长和校长助理等职。1955年受聘为中国科学院数学物理学化学部学部委员。1958年参加了福州大学的创办工作，并于1960年任该校化学系教授、副校长。1958年他筹建了中国科学院华东(后改为福建)物质结构研究所的前身福建化学研究所一所和技术物理研究所一所，后任福建物质结构研究所所长。1981年任中国科学院院长。1978年任中国化学会副理事长，1982年当选为理事长。他还是国际纯粹与应用化学联合会物理化学专业委员会增设委员及分子结构和光谱工作委员会国家代表。 卢嘉锡专长物理化学，特别是结构化学。他的主要成就有：通过晶体和分子结构测定，证实了W.G.宾尼和G.B.B.M.萨瑟兰根据量子化学理论分析提出的过氧化氢的分子构型；定出了氮化硫( )及其同类物雄黄和雌黄等非过渡元素原子簇化合物的结构；根据对双氮分子充分活化作为主要矛盾进行的理论分析，提出了固氮酶中钼铁蛋白非朊辅基固氮活性中心的 网兜状原子簇结构“福州模型”，进一步发展成孪合重烷型双立方烷的“福州模型”，得到了中外学者的重视；对Mo-S、Fe-S、Mo-Fe-S过渡金属元素簇合物的合成和反应，组织和开展了系统研究,得到了一系列有意义的成果,并在此基础上提出“元件组装设想”，以四元环型过渡金属M、M原子“簇元”作为基本“元件”,阐明了单烷型、重烷型过渡金属元素簇合物的“自兜”合成反应的原理。已发表学术论文60余篇。他提倡科技人员学习和运用自然辩证法，所著结构化学研究中若干辩证法问题的论文，得到哲学界和科学界的好评。 著名物理化学家 吴学周吴学周是著名物理化学家，中国化学领域分子光谱研究的开拓者之一，中国科学院学部委员（院士）。1902年9月20日生于江西萍乡，1916年考进萍乡县立中学，接受了自然科学的启蒙教育，开始对理化学习产生了浓厚的兴趣。1924年冬毕业于东南大学化学系。 1928年，吴学周考取美国加利福尼亚理工学院研究生。30年代，吴学周从事光谱研究，并发现了一些新的光谱带系。1931年获加州理工学院化学博士学位。1932年在德国达摩城高等工业学校任客座教授并从事光谱研究，1933年，他 吴学周(3张)谢绝国外高薪挽留，毅然回到祖国，任中央研究院化学研究所研究员、所长。抗日战争爆发后，他组织有关人员，历尽艰辛，从上海把仪器、图书运到昆明。1949年前夕，他坚决留在大陆，并组织科技人员开展护所斗争。1949年10月后，任中国科学院上海物理化学研究所所长。 1952年，根据毛泽东提出建设东北的指示，吴学周带领30多名科技人员来到长春，创建了中国科学院应用化学研究所，并任所长。此后30多年中，在他的组织领导下，应化所适应国民经济需求和国际科学前沿的发展，先后建立了分析化学、无机化学、高分子化学、稀土化学、结构化学等学科，为国家培养和凝聚一大批优秀人才。领导核燃料前、后处理中的化学问题的研究；开展超纯分析和痕量分析，以及后来的环保分析；主持光谱、波谱、结构化学研究工作，组建了激光化学研究室并应用光谱分析法研究生物活性物质的氧化机理。在这些学科中，均取得了重大的科研成果，在国家经济建设和国防建设中起着巨大的作用，多次受到国家的嘉奖。 1983年9月，吴学周加入中国共产党。同年10月31日，病逝于长春。他生前将万元人民币捐赠长春应化所，作为“吴学周科学技术奖”基金专用。 美国物理化学家-路易斯路易斯 （1875-1946年） ，美国物理化学家， 1875 年 10 月 25 日生于马萨诸塞州的一个律师家庭。他智力早慧， 13 岁入内布拉斯加大学预备学校，毕业后入该大学，两年后又转入哈佛大学。 1896 年在哈佛得学士学位， 1898 年得硕士学位， 1899 年获博士学位。 1900 年在德国哥丁根大学进修，回国后在哈佛任教。 1904-1905 年任菲律宾计量局局长。 1905 年到麻省理工学院任教， 1911 年升任教授。 1912 年起担任加利福尼亚大学的化学学院院长兼化学化工学院主任。曾获得戴维奖章，瑞典阿累尼乌斯奖章，美国的吉布斯奖章和里查兹奖章。还是苏联科学院的外藉院士。 1946 年 3 月 23 日逝世。路易斯具有很强的开辟化学研究新领域的能力，他研究过许多化学基础理论。 1901 年和 1907 年，他先后提出“逸度”和“活度”概念； 1916 年提出共价键的电子理论： 1923 年又对价键和共用电子对成键理论作了进一步阐述。 1921 年将离子强度的概念引入热力学，发现了稀溶液中盐的活度院数由离子强度决定的经验定律。 1923 年与兰德尔合著化学物质的热力学和自由能，该书深入探讨了化学平衡，对自由能、活度等概念作出了新的解释。同年，提出新的广义酸碱概念，认为酸是在化学反应中接受电子对的物质，碱是给予电子对的物质。这一理论是化学反应理论的一个重大突破，在有机反应和催化反应中得到了广泛应用 。此外，还研究过重氢及其化合物，荧光、磷光等。主要著作有：价键及原子和分子的结构、科学的剖析等。路易斯喜欢采用正统的研究方法，他具有很强的分析能力和直觉，能设想出简单而又形象的模型和概念。有时，他未充分查阅资料文献就开展研究工作，他认为，若彻底掌握了文献资