物理化学

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绪论[编辑]

物理化学的定义,发展及特点[编辑]

何谓物理化学?
从研究化学现象和物理现象之间的相互关系入手,借助数学和物理学的理论从而探求化学变化中具有普遍性的包含宏观到微观的基本规律(平衡规律和速率规律)。
从宏观角度来看,化学变化总包含或伴随着各种能量形式的物理现象。
从微观角度来看,分子中原子相互间的作用力,原子的转动和振动,电子的运动等微观物理运动形态都直接决定了物质的性质及化学反应能力。

物理化学的定义:
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的本质规律的一门学科。

十八世纪开始产生了物理化学的萌芽:
从提出“燃素说”到“能量守恒及转化定律”。1752年俄国科学家罗蒙诺索夫最早提出了“物理化学”这一术语。
十九世纪中叶物理化学初步形成:
1887年俄国科学家W.Ostwald(1853~1932)和荷兰科学家J.H.van’t Hoff (1852~1911)合办了首办了德文“物理化学”杂志,此后物理化学这个名称就逐渐采用起来。
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。
物理化学原理对生产实践具有指导作用:
(1)对于石墨转换到金刚石的反应条件探索。
(2)丙烯氰(人造羊毛原料CH2=CH-CN)合成路线的改进
旧工艺

CH2=CH-CH3 + HCN(剧毒)→CH2=CH-CN(产品)+ CH4


新工艺

CH2=CH-CH3 + NH3→CH2=CH-CN + 3H2 △G> 0

H2 + 1/2O2 → H2O △G < 0

近代化学的发展趋势和特点
(1)宏观转到微观:单单宏观的研究方法是不足以让我们认识到完整的世界,只有深入到微观,研究原子、分子的运动规律,才能掌握化学变化的本质和结构与物性的关系。
(2)体相转到表相:对于多相体系,化学反应常常在表相上进行,随着手段方法的进步,逐步推动表面化学和多相催化的发展。
(3)静态转到动态:热力学的方法是从静态判断动态,一般不能给出变化的具体细节。借助于激光和分子束,我们可以应用动力学的方法解决很多问题。
(4)定性转到定量:随着微处理技术的飞速发展,数据处理的时间被大大缩短了,通过人工模拟和自动记录,使许多以前只能做定性研究的课题现在可进行定量的监测。
(5)研究平衡态转到研究非平衡态:研究平衡态和封闭系统或孤立系统是经典热力学,然而对处于非平衡态的开放系统的研究更具有实际的意义。

目的和内容[编辑]

物理化学的目的 :
物理化学主要是为了解决生产生活实际和科学实验中提出的化学理论问题,揭示化学变化的本质,更好地驾驭化学,使之能够更好地为生产实际和科学研究服务。

物理化学的研究内容:
A.化学变化的方向和限度(化学热力学)
B.化学反应的速率和机理(化学动力学)
C.物质结构和性能之间的关系(物质结构或者结构化学)
总之,物理化学就是把化学各个领域中各个现象联系起来,对其中的一般规律性与以 更深刻、更本质的探讨。并通过揭示的客观规律来指导化工生产和科学研究的实践。

物理化学的研究方法[编辑]

化学的一般方法(物理化学也适用):
由实验、活动、自然、现象积累经验归纳成定理、定律。在实践中检验新现象修正、完善定理定律。
物理化学的具体方法:
遵循“实践—理论—实践”的认识过程,分别采用归纳法和演绎法,即从众多实验事实概括到一般, 再从一般推理到个别的思维过程。主要有:热力学方法、统计力学方法和量子力学方法。
A.热力学方法:以众多质点组成的宏观体系为研究对象,两个经典热力学定律为基础,用一系列热力学函数及其变量,描述体系从始态到终态的宏观变化,而不涉及变化的细节。经典热力学方法仅适用于平衡体系。没有时间观念。
B.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。
C.量子力学方法: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。

物理化学课程的学习方法[编辑]

(1)注意逻辑推理的思维方法,反复体会感性认识和理性认识的相互关系。抓住重点,善于总结。
(2)学会自己动手推导公式。掌握重点公式的使用条件、物理意义以及与其它公式的差别和联系。
(3)多做习题,学会解题方法。很多东西只有通过解题才能学到,不会解题,就不可能掌握好物理化学知识。
(4)课前粗看,课后细研,勤于思考,培养自学和独立思考的能力。

参考文献[编辑]

傅献彩等,物理化学(第五版),高等教育出版社
Peter Atkins etc. Atkins’ Physical Chemistry, Seventh Edition, Higher Education Press
Ira N.Levine etc. PHYSICAL CHEMISTRY, Fifth Edition, 2002
姚允斌等,《物理化学》(上,下),(修)(1995)
吉林大学等,《物理化学》(上,下)