第0章 绪论.ppt

1、1,物 理 化 学,主讲人：杨万根 徐州工程学院食品（生物）工程学院,2,第一章 绪 论,3,本 章 目 录,0-1 物理化学的研究内容,0-2 物理化学的形成、发展和未来,0-3 物理化学的研究方法,0-4 物理化学课程学习方法,4,0-1 物理化学的研究内容,一、什么是物理化学,化学是一门研究物质性质与变化的科学。 自然界的物质是由分子、原子构成的，从微观上看，化学所研究的物质变化，实质上就是分子、原子间相互作用、相互结合方式及运动方式的变化。这些分子、原子相互作用及相对运动均具有一定的能量，故相互作用及运动方式的变化能引起能量形式的变化，因而物质变化的过程常常伴随着热、电、光、声等（宏观

2、）物理现象。,5,从微观角度看，化学反应仍然与物理过程密不可分。分子中电子的运动，原子的转动，振动，原子相互间的作用力等微观物理运动形态，直接决定了物质的性质及化学反应能力 。 不管从宏观，还是从微观角度看，化学变化与物理现象总是密不可分的，人们在长期的实践中注意到这种相互联系，并且加以总结逐步形成一门独立的学科，分支叫物理化学,6,物理化学就是从化学现象与物理现象的联系去寻找化学变化规律的学科，用物理的理论及实验方法来研究化学的一般理论问题。它研究普遍适用于各个化学分支的理论问题，因此物理化学曾被称为理论化学。,7,物理化学的三大理论支柱： 热力学 量子力学 统计力学,二、物理化学的研究内容

3、,适用于宏观系统,适用于微观系统,热力学和量子力学的桥梁,8,物理化学由化学热力学、化学动力学和结构化学组成。 化学热力学、化学动力学和结构化学的任务？ 物质的任一均匀状态都成为相。物理化学主要研究物质的相变化及化学变化，而研究物质的相变化及化学变化，主要是研究变化的可能性和变化的速率这两个基本问题。 变化的可能性指的是一定条件下变化可能进行的方向，以及变化可能达到的限度。一定条件下物质变化的限度是该条件下的平衡状态。,9,物质总是向着平衡态的方向变化，达到平衡状态就达到了变化的限度。所以研究可能性问题归根结底是研究平衡问题 化学热力学主要任务。 属于化学热力学范畴的问题：一个化学反应在指定的

4、条件下能否朝着预定的方向进行？如果该反应能够进行，则它将达到什么限度？外界条件如温度、压力、浓度等对反应有什么影响？如何控制外界条件使我们所设计的新的反应途径能按所预定的方向进行？对于一个给定的反应，能量的变化关系怎样？它究竟能为我们提供多少能量？等等。,10,例如，石墨和金刚石都是由C元素构成的。能否将廉价的石墨转变为金刚石呢？ 石墨C 金刚石C ？ 在通常的温度、压力下石墨是不能自动转变为金刚石的。在常温下，只有在1500 atm以上，石墨转变为金刚石的反应才是自发的。,11,热力学研究的可能性问题不涉及变化所需的时间和历程，若想知道变化所需的时间和历程，就必须再研究变化的速率和历程。化学

5、反应速率和历程的问题 属于化学动力学的研究范畴。 属于化学热力学范畴的问题：一个化学反应的速率究竟有多大？反应是经过什么样的机理（或历程）进行的？外界条件（如温度、压力、浓度、催化剂等）对反应速率有什么影响？怎样才能有效地控制化学反应，抑制副反应的发生，使之按我们所需要的方向和适当的速率进行，等等。,12,物质性能（物理性能和化学性能）归根结底是物质内部结构 即物质内部运动所决定的。深入了解物质内部的结构，不仅可以理解化学变化的内因，而且可以预见到在适当外因的作用下，物质的结构将发生什么样的变化。从微观角度研究分子、原子结构及微观粒子的运动规律，从而揭示物质变化的内在原因 属于结构化学问题。

6、例如研究与氮分子有关的配合物的结构，以及这些结构在不同条件下的变化，就有利于我们在常温常压下寻找固氮的途径。又例如研究高分子的性能和结构的关系，就为合成各种特殊需要的高分子材料提供资料。,13,0-2 物理化学的历史、发展和未来,最早使用“物理化学”术语的是十八世纪中叶俄国科学家罗蒙诺索夫，到1887年德国科学家奥斯特瓦尔德w.ostwald和荷兰科学家范特霍夫（J.H.Vant HoH）合办物理化学杂志创刊，此后物理化学这个名称就逐渐采用起来。,14,一、物理化学的产生是社会生产发展的必然产物,经验科学发展到一定程度必然会上升为具有理论体系的科学。以下理论的建立都为物理化学的形成和发展奠定了

7、基础。促使物理化学学科不断地发展和完善。,15,二、二十世纪物理化学的快速发展,进入二十世纪以来，在工业生产和化学的科学研究中，物理化学的基本原理得到了广泛的应用，发挥了它的指导作用，特别是新兴的石油炼制和石油化工工业，更是充分地利用了化学热力学、化学动力学、催化和表面化学等的成果。而工业技术的发展和其他学科的发展、特别是物理学的进展和各种测试手段大量的涌现，极大的影响着物理化学的发展。这期间在物理化学所属的分支学科中的热化学、化学热力学、电化学、溶液理论、胶体理论、化学动力学、催化作用及其理论等都得到了迅速的发展。,16,三、近代物理化学的未来发展趋势和特点, 从宏观到微观, 从体相到表象,

8、 从静态到动态, 从定性到定量, 从单一学科到边缘学科, 从平衡态的研究到非平衡态的研究,17,0-3 物理化学的研究方法,1科学研究方法,任何一门科学都是由感性认识，积累经验，总结归纳提高到理性认识，理性认识又反过来指导实践成了推求未知事物的根据。物理化学的定律、理论较多，可以充分体会到辩证唯物主义的认识论，体会科学的研究方法。,2具体的研究方法,（1）热力学方法,（2）统计力学方法,（3）量子力学方法,（4）化学动力学方法,18,一、 开设物理化学课程的目的 物理化学是食品科学与工程专业、食品质量专业的理论基础课程，是运用数学、物理学等基础科学的理论和实验方法，研究化学变化包括相变化和平衡

9、规律和速率规律，及其与物质微观结构关系的一门学科。 通过本课程的学习，学生能获得一般科学方法的训练和逻辑思维能力的培养，使学生体会和掌握怎样由实验结果出发进行归纳和演绎，或由假设和模型上升为理论，并结合具体条件应用理论解决实际问题的方法，为后继课程如食品工程原理、食品工艺学等提供直接的理论基础，起着承上启下的枢纽作用。,0-4 物理化学课程学习方法,19,二、物理化学课程的内容 1、化学热力学 热力学第一定律、热力学第二定律和热力学第三定律 2、化学平衡和相平衡 在化学热力学基础上，解决相变化及化学变化的可能性问题。 3、化学动力学 研究浓度、温度、催化剂、光照射、扩散等因素对反应速率的影响。

10、 4、电化学及界面现象 相平衡和化学平衡涉及到的主要是化学能与热能间的转化，电化学与界面现象涉及化学能与电能及界面能之间的转化。 5、胶体化学,20,1. 准确理解和掌握每一个基本概念、名词术语的含义 2. 准确掌握和运用物理化学中有关定律和公式 3. 注重对知识系统的归纳、总结和比较 要明确每一章的主要内容，主要解决什么问题，采用什么方法，引出什么定律，有什么用途，公式的使用条件是什么。这些问题在开始学习时，可能还不太清楚，但学完一章后，应该理出个头绪。对于公式的推导要求理解，要注意公式的使用条件，物理意义，注意章节之间的联系，要学会把原书读薄。,三、物理化学课程的学习方法,21,4. 重视实践性的学习环节：课前要自学；听课要记好笔记；按时完成作业；要重视实验课。 习题是培养独立思