身边的物理化学世界

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1、身边的物理化学世界第一讲化学的智慧结晶：物理化学第二讲永动机的乌托邦：化学热力学第三讲爱斯基摩人如何获得淡水：相平衡的奥秘第四讲损有余而补不足：化学平衡移动原理第五讲化学动力学的魔杖：催化剂第六讲为化学正名的勇士：电化学第七讲损不足而补有余：神奇的表面张力第八讲似稳非稳得系统：胶体（每讲35至40分钟）内容提要第一讲化学的智慧结晶：物理化学人类自从远古时期对火的发现和利用就已经开始了化学知识的积累，遗憾的是，直到18世纪以前，尽管人类已经发现了大量的无机化学和有机化学反应，但是化学家当时对于化学新反应体系的探索大多依赖

2、于已有的经验，甚至还处于一种盲目的状态，缺乏明确的理论指导。1887年，奥斯特瓦尔德和范特霍夫创办了第一本物理化学杂志，标志着一门新兴学科：物理化学的诞生。从此以后，物理化学进入了一个快速发展的时期。物理化学是以武力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。物理化学从化学变化与物理变化的联系入手，研究化学反应的方向和限度，化学反应的速率和机理，物质的微观结构和宏观结构之间的关系等问题，它是化学学科的理论核心。物理化学在化学学科中的核心地位由当时的诺贝尔化学奖的颁奖情况就可见一

3、斑。从1901至1909期间，总共有6位物理化学家获得了诺贝尔化学奖，这其中就包括两位物理化学的创始人：奥斯特瓦尔德和范特霍夫。20世纪诺贝尔化学奖获得者中，约60%是从事物理化学领域研究的科学家。物理化学在系统总结已有的无机分析化学和有机化学的经验事实，提出一整套关于化学反应体系的特殊规律，反过来又指导化学反应新体系的开发和化工生产实践，并获得巨大成功，所以物理化学是化学智慧的结晶。物理化学的研究内容：以简单的合成氨反应为例，为了顺利实现工业生产，至少要搞清楚两个问题。首先要了解该反应的能量变化情况，如热量变化，反应

4、的平衡转化率有多高,这样才便于反应器选型，研究化学反应的方向和限度的学科是化学热力学。其次要了解化学反应的速度有多快，是否需要催化剂，研究相关内容的学科是化学动力学。化学热力学和化学动力学构成物理化学的主要分支学科。除此以外物理化学述有另外两个分支学科：统计热力学和结构与量子化学。前者是为了建立反应体系的宏观性质和粒子微观结构之间的联系；后者则是研究微观粒子的结构和运动规律O物理化学还有其他分支学科：电化学、表面与胶体化学等等。物理化学现象在我们身边无处不在，事实上，我们生活在一个物理化学的世界。物理化学的研究方法：物

5、理化学的研究思想蕴含着丰富的哲学文化内涵，物理化学理论具有明显的简介、对称和和谐的科学美特征。仅举两例1、气体性质的研究，以压力为轴，压力趋向于0和压力到气液分界的临界点处，状态方程具有相似的数学特征。中国古代文化中关于人性的描述：人之初。性木善；人之将死，其言也善。研究思想异曲同工。不同学科的研究思想也有共通之处。2、化学平衡移动原理和老子朴素的自然平衡观：天之道：损有余而补不足。第二讲永动机的乌托邦：化学热力学热和功是自然界能量交换的两种方式。热力学的首要任务就是解开自然界热功能量交换的奥秘。为了研究方便，提出系统

6、和环境的概念。近代工业革命的兴起是的热功能量家换奥秘的研究日趋活跃，瓦特的蒸汽机为热机模型的建立奠定基础。推动化学热力学的飞速发展。同一时期历史上出现过两类不同的永动机研究热潮，最终都以乌托邦式的梦想破灭。（举两个永动机的例子）热力学研究表明：自然界能量交换的奥秘有两个：奥秘1：封闭系统的能量转化与守恒：热力学第一定律；奥秘2：热工交换的不可逆性：热力学第二定律。永动机不可能造成就是因为分别违反了热力学第一定律和第二定律。事实上这两个热力学基本定律是公理性的命题，虽然它自身无法用数学证明，但是永动机梦想的破灭恰恰证实了

7、这两个定律的正确性。法国天才的物理化学家卡诺首次建立了可逆热机的模型，提出了注明的卡诺定律，并口证明热机效率小于1。自此，关于永动机的研究才逐渐退出历史舞台，不过遗憾的是：卡诺采用了错误的热质说来证明卡诺定律。（简介卡诺可逆热机模型，画图）（日常牛活中，发动机相当于热机正着开；空调机相当于热机倒着开）有趣的是，在个热机模型中，有两个特殊的做功过程耐人寻味。1、气体在汽缸屮等温压缩，何种方式环境做功最少？系统内外压差无穷小，环境对系统做功最少。2、气体在汽缸中等温膨胀，何种方式系统做功最多？系统内外压差无穷小，系统对环境

8、做功最多。这是可逆过程的基本特征。作为非专业的化学工作者，我们不要纠缠于上述结论如何进行严格的数学证明，而更应该主动思考这个规律给我呢吧入场生活带来的启示。比如，教育孩子时，如果能做到换位思考（此时相当于大人和孩子的思维方式差别无穷小）,比起棍棒式强制教育，往往事半功倍，少做无用功。第三讲爱斯基摩人如何获得淡水：相平衡的奥秘我们牛