物理化学课件1

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1、ZhejiangUniversity1物理化学李啸风lxf_88@zju.edu.cn绪论2Whatischemistrybasedon?Mathematics,physics,economics(Theoretcal)Biology,psycology,physicology,geology,Astrology(Empirical)chemistry(Experientalial)物理化学为化学奠定理论基础。宇宙的运动分类3宇宙是由纷繁复杂的动态过程构成的。所有动态过程可分为：（1）非热动态过程；（2）热动态过程。非热动

2、态过程是纯力学过程，不受温度影响，服从Newton运动方程和Maxwell运动方程。热运动过程的共性：（1）不可逆性；（2）温度和物质因素对热运动过程影响非常显著。宇宙的运动分类4热动态过程举例：热传导、质点扩散、塑性变形、固体摩擦、物相转移、溶解、结晶、放电、光电导、核裂变、化学反应（一般反应、光化学反应、辐射化学反应、生物化学反应）等。热动态过程解析：（1）传输过程（又称非图像过程）；（2）拓扑(topo，空间、场所)图像过程（又称静态模式（staticpattern）过程）；（3）反应过程（又称动态模式（dynami

3、cpattern）过程）。宇宙的运动分类5传输过程举例：（1）气体、液体、电子流体等扩散、热电传导（化学领域主要涉及传质、传热）；（2）声子（晶格热振动）、旋子（液氮中的旋转运动）、磁子（magon）等拟流体运动。拓扑图像过程举例：（1）晶体生长；（2）相形成与转移；（3）固相化学反应等。宇宙的运动分类6反应过程：物质由于接触，随时间推移发生重新排列。物质因素对热动态过程的影响：外来物质改变了体系内部热动态过程的秩序，减缓或加速热动态过程速度。杂质使纯物质传导性紊乱，外来物质对扩散的屏蔽作用，杂质造成晶格缺陷或制约结晶速度

4、，催化剂。宇宙的运动分类7温度对热动态过程的影响：温度影响物质状态、理化性质（密度、粘度、折光率、界面张力、热容等）、分子能态分布（基态与激发态）、扩散速度、化学势，涉及相平衡、化学平衡、吸附脱附平衡。引自韩维屏，《催化化学导论》，科学出版社（2006），p1。尺度效应8宇观、宏观（经典热力学、统计力学）、介观（mesoscopic）、微观（薛定谔方程）热力学意义上宏观：以大量质点组成的宏观系统作为研究对象。质点：不涉及物质组成、微观结构（如分子结构、原子结构、电子结构）；大量：1023个的量级。物理化学研究内容9结构化学

5、化学热力学统计力学与量子化学化学动力学本学科只涉及：化学热力学和化学动力学。热力学方法10热力学：以一组宏观实验定律为基础，其它一切结论均由此出发经过严密的逻辑推导来得到。热力学是一种“唯象理论”或“现象理论”（phenomenontheory）。不包含任何假设或简化模型，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系统从始态到终态的宏观变化，而不涉及变化的细节（即不涉及时间概念）。热力学方法只适用于平衡系统（体系性质不随时间变化，即使受外界干扰后仍恢复到原点）。热力学方法11胡塞尔现象学：“排除中介的因素，

6、把直接的把握或这个意义上的直观看作是一切知识的来源和检验一切知识的最终标准”。热力学是胡塞尔现象学一个分支。“热力学是具有普遍性的唯一物理理论，我深信，在其基本概念使用的范围内，是绝对不会被推翻的”。---A.Einstein”。统计力学方法12用概率规律计算出系统内部大量质点微观运动的平均结果，从而解释宏观现象并计算出一些热力学的宏观性质。从统计角度看，体系的宏观热力学性质是大量粒子的平均性质。量子力学方法13用量子力学的基本方程(E.Schrodinger方程)求解组成系统的微观粒子之间的相互作用及其规律，从而揭示物质

7、性质与结构之间的关系。小结热力学适用于宏观系统；量子力学适用于微观系统；统计力学则为连接上述两者的桥梁。物理化学是什么？14物理化学以能量转变和传递为主线贯穿整个学科。能量的来源：（1）太阳能（2）核能（3）地热（4）潮汐（5）化学能（6）摩擦静电能太阳能包括：（1）风；（2）雨；（3）雷电；（4）煤炭、石油、天然气；（5）生物质；（6）体能（ATP，来自食物）；（7）水电所有太阳能均来自核能，由此转变为其它各种能。15核能：原子核衰减、核聚变、宇宙大爆炸。E=mc2所有核能均来自物质衰减。地热源于宇宙大爆炸的余热，潮汐来

8、自于万有引力。万有引力起源于什么？化学能、摩擦静电源于电磁场，电磁场起源于什么？物理化学对能量的研究16物理化学涉及能量各种形式：化学能、光能、电能、界面能，提出能量的各种概念：功、热、内能、焓、熵、Gibbs自由能、Helmholtz自由能、活化能等。通过能量变化来判断物质状态（或体系状态）的变化方向