物理化学讲稿.doc

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1、化学与化工学院物理化学讲稿绪论（2学时）物理化学教研室绪论§0.1物理化学的目的和内容一、物理化学的定义?物理化学是化学中的重要学科,是对化学的本质进行研究,是应用数理方法、引进实验手段研究化学规律的学科。（厦门大学）物理化学是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。在实验方法上主要采用物理学中的方法。---付献彩-----Physicalchemistryisthebranchofchemistrythatestablishesanddevelopstheprinciplesofthesubjects.Itsconcept

2、sareusedtoexplainandinterpretobservationsonthephysicalandchemicalpropertiesofmatter.Physicalchemistryisalsoessentialfordevelopingandinterpretingthemoderntechniquesusedtodeterminethestructureandpropertiesofmatter,suchasnewsyntheticmaterialsandbiologicalmacromolecules.----Atkins-----物理化学是

3、研究化学学科中的原理和方法,研究化学体系行为最一般规律和理论的学科,是化学的理论基础。---自然科学学科发展战略调研报告---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的特殊规律的学科。---中国大百科全书（唐有棋）----二、目的物理化学主要是为了解决生产实际和科学实验中向化学提出的理论问题，揭示化学变化的本质，更好地驾驭化学，使之为生产实际服务。三、物理化学研究的内容物理化学研究的理论基础主要分成四大部分：(1)化学热力学¾研究物质变化（p、V、T变化、相变化、化学变化)的能量效应(功与热)和变化的方向与限度，即有关能量守恒和物质平

4、衡的规律。(2)量子力学¾研究微观体系的运动状态。对微观体系建立薛定谔方程，解出波函数Ψ及能量E，½Ψ½2表示微观体系中粒子在空间位置(x,y,z)附近的微体积元dτ内的概率密度。将量子力学原理应用于化学则构成了量子化学。(3)统计热力学¾从组成体系的大量粒子(原子、分子和离子)的微观性质(如质量,转动惯量,振动频率等)出发，利用统计方法，研究大量微观粒子的平均行0为，从而利用组成体系的大量粒子的微观性质来求算体系的宏观性质，用以解决体系的平衡规律或变化速率规律(4)化学动力学¾研究各种因素(浓度、温度、催化剂、溶剂、光、电等)对化学反应速率的影响规律及反应机理(反应

5、的具体步骤、元反应)。物理化学研究的内容主要有以下三个方面(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)物质的性质与其结构之间的关系问题§0.2物理化学的研究方法物理化学的研究方法除一般的科学方法，如辩证唯物主义方法；认识论的方法；逻辑推理的方法外，物理化学还有自己特有的研究方法，这就是热力学方法、量子力学方法、统计热力学方法。可把它们归纳成：（1）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。（2）综合应用微观与宏观的研究

6、方法，主要有：热力学方法、统计力学方法和量子力学方法。1.宏观方法——热力学方法热力学方法属于宏观方法。热力学是以众多质点组成的宏观体系作为研究对象，以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。这一方法的特点是不涉及物质体系内部粒子的微观结构，只涉及物质体系变化前后状态的宏观性质。经典热力学方法只适用于平衡体系。2.微观方法——量子力学方法量子力学方法属于微观方法。用量子力学的基本方程（ESchrödinger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。量子力学是以个

7、别的电子、原子核组成的微观体系作为研究对象，考察的是个别微观粒子的运动状态。将量子力学方法应用于化学领域，得到了物质的宏观性质与其微观结构关系的清析图象。3.微观方法与宏观方法间的桥梁——统计热力学方法统计热力学方法属于从微观到宏观的方法。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。统计热力学方法是在量子力学方法与热力学方法即微观方法与宏观方法之间架起的一座金桥，把二者有效地联系在一起。§0.3物理化学的建立与发展十八世纪开始萌芽：从燃素说到能量守恒与转化定律。俄国科学家罗蒙诺索夫(1711-17