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1、物 理 化 学-基础理论部分,化学与环境工程学院 徐永群,化学专业必修课,推荐几本参考书,Tel：,绪 论,一、物理化学研究的目的和内容1、物理化学的定义 物理化学是从物质的物理现象和化学现象之间的相互联系入手，从而探求化学变化规律的一门科学。,清华大学的定义：用物理学原理研究化学过程所具有的性质和行为的科学。,二者关系:,相互转化化学变化 物理变化 相互联系,常常伴随着物理效应,常常包含着物理过程,化学过程,例1:荧光棒,由装有不同液体的塑料管和玻璃管组成,使用时轻轻弯曲,折断塑料管中的玻璃管,两种液体混合反应即发光。,化学反应 发光,化学反应伴随着物理效应,释放能量,发光原理,例2 分子存
2、储器,烯醇(E)型 0 顺式醌酮(QC)型 1,500nm弱光,500nm强光,用途：可作为制作可擦写光盘的材料,优点：存储的信息量大！,物理变化 化学变化,引 起,结论：,物理现象与化学现象总是紧密地联系着的 物理化学就是从这一联系入手从而找出化学变化的规律 目的（可以解决实际问题）,本课程讲,2、物理化学研究的内容,化学热力学 统计热力学 量子化学（宏观）（桥梁）（微观）化学动力学（应用三分支）,物理化学的四大分支：,二、物理化学的研究方法,1、采用归纳法和演绎法（两种推理法）归纳法：从个别到一般，由事实到概括 演绎法：从一般到个别,主要有以下的一些研究方法：,与其它自然科学研究的方法一样
3、,2、综合运用微观与宏观的研究方法（有以下方法）,热力学法 统计热力学法 量子力学法,三、物理化学课程的学习方法,1、紧紧抓住基本概念，反复讨论和思考2、多做习题3、重视实验，通过实验加深对理论的理解4、注意前后知识的连贯性,讲82学时(讲1、2、3、6、7、8、9、10章）实验36学时（7个）万洪文物理化学习题解，要吗？要就拷去。,四、物理化学有什么用？,（看图说话）,电动车,单晶硅（区域熔炼）,第一章 热力学第一定律及其应用,系统:被研究的对象称为系统 环境:系统以外并与系统 密切相关的部分称为环境,注意：*系统与环境可人为地划分，以研究问题的方便为准则*系统与环境之间存在界面：真实的 虚
4、构的,1.1 热力学概论,一、系统与环境,体系,物质和能量的交换,系统与环境之间存在相互作用,三种不同的系统,1）敞开系统,依系统与环境之间的关系，体系可分为三类。,系统与环境之间既有物质的交换，又有能量的交换。,（开放体系）,2）封闭系统,系统与环境之间无物质的交换，但有能量的交换。,系统与环境之间既无物质的交换，又无能量的交换。,3）孤立系统,（隔离体系）,（故亦称为孤立体系）,但孤立体系可以构成：系统 环境,自然界中不存在绝对的孤立系统!,相互作用小时：可以认为是孤立系统,构成方法,严格地讲：系统环境 宇宙（清华大学讲）,例题:系统与环境的划分（具有人为性）,1)系统:水+电热丝 环境:
5、电源+导线+容器,2)系统:水 环境:电源+导线+容器+电热丝,研究通电后容器内T的变化,研究通电后水的体积的变化,二、系统的状态,对系统的描述，可用宏观可测性质。热力学状态 V、p、T、等 体积 压力 温度 粘度 表面张力,热力学变量热力学性质,这些性质又称为,热力学性质可分为两大类：1 广度性质（容量性质）：性质的数值与体系中物质的量成正比（具有加和性）2 强度性质：性质的数值取决于体系自身的特性，与体系中物 质的量无关（不具有加和性）,如：体积V、质量m、熵S 等等,如：温度T、压力p、摩尔热容Cv，m 等等,三、热力学平衡和状态函数,力平衡:系统处处压力相等,且与环境相等（无刚性壁存在
6、时）热平衡:系统处处温度相等,且与环境相等（无绝热壁存在时）相平衡:系统中各相的组成和数量均不随时间而变 化学平衡:系统中各物质的量不随时间而变,1、热力学平衡态,当系统的诸性质不随时间而变时，则系统就处于热力学平衡态。,热力学平衡态包括以下4个平衡：,例,例,2、状态函数,状态：体系物理性质和化学性质的综合体现。(体系一切性质的总和),状态函数：,状态函数就是状态的函数。,对状态函数的理解!,特点：变化值仅与体系的始态和终态有关，而与变化的途径无关的物理量。,是状态的单值函数,状态函数的性质：,1 体系的状态确定后，状态函数的值便被确定；2 体系经历一过程，其状态函数的差值只取决于体系的始终两态。,A（P1,V1）,(P2,V2)B,沿途径1：从A到B 沿途径2：从A到B,状态函数口诀：殊途同归，值变相等；周而复始，值变为零。,状态函数Z的改变量,Z1 Z2,四、状态方程,状态方程：系统状态函数之间的定量关系式。,例：理想气体的状态方程：pV=nRT,状态函数通式,单组分均匀系统：T=f(V,p,n)多组分均匀系统：T=f(V,p,n1,n2,n3,.),部分组分的物质的量,状态方程由实验确定，热力学方法无法导出！,
