华中科技大学物理化学ppt课件.ppt

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1、绪论一、什么叫物理化学（学科概念）科学研究领域的区分，主要是根据研究对象的特殊性来确定的。物理化学的研究对象是化学现象中的某些普遍规律，属于化学学科范畴。从哲学高度看，任何较高级（复杂）的运动形式都包含相对较低级（简单）的运动形式。在物理、化学、生物、社会运动形式中，后者总是包含前者，即任何的化学反应总是伴随着某些物理过程。需要指出的是上述提到的“复杂”与“简单”是指运动形式之别，并非各学科的高低、难易之分。例如:发生一化学反应时，总有热量的吸收或放出：H2+½O2→H2O燃烧放热；H2O→H2+½O2

2、1500ºC部分吸热分解；电池中电极和电解液之间进行的氧化还原反应伴随着电流的产生；双原子分子分解反应发生的必要条件是：两个原子之间的振动能超过一定限度时，化学键才能断裂；两种物质之间的化学反应，通常必须经过两种物质分子之间的碰撞才能发生。这种例子还很多，化学现象和物理现象总是紧密地联系着的。“物理化学”定义物理化学是研究化学现象和物理现象之间的相互联系，用物理手段（如：热、功、压力、温度等的测量）来研究化学现象，以便找出化学过程中某些最具普遍性的一般规律的科学。二、目的与意义物理化学学科的产生与发展是

3、为了解决生产实践和科学实验中对化学现象提出的一些理论问题，从而在理论上指导人们更好地利用化学反应来造福人类。哪些理论问题呢？主要有以下三个方面：化学反应的方向和限度问题；化学反应进行的速度和机理问题；物质的性质与其结构之间的关系问题。1.化学反应的方向和限度在给定条件下，一个化学反应能否自发进行，向什么方向进行，进行到什么程度就不能进行了？外界条件对反应的方向和平衡的位置有什么影响等等。这些问题的研究，属于物理化学的一个分支化学热力学(上册的主要内容)2.化学反应进行的速度和机理化学反应的速度有多快，

4、反应过程究竟是如何进行的（即反应的机理），外界条件（如浓度、温度、催化剂等）对反应速度、机理有何影响，如何控制反应的进行（快、慢控制）。这些问题的研究，属于物理化学的另一个分支化学动力学（在下册）。下册内容中的电化学部分就是运用化学热力学、动力学来研究化学电极反应与电现象（如电动势、电流）之间的关系。3.物质的性质与其结构之间的关系现代科学技术的发展要求化学（合成）能提供具有特殊性能的材料，如耐高温、高压材料；耐腐蚀材料；如超导材料、纳米材料。这就需要人们根据物质结构的知识，在合成所需性能的新材料方面

5、提供方向和线索；要了解化学热力学和动力学的本质问题，必须了解物质的内部结构，这些问题的研究是物理化学的另一分支—物质结构。以上这些问题的研究和解决，是实现化学、化工新工艺的理论基础；物理化学的研究成果，对现代基本化学工业的整个生产过程的建立，起到重要的作用。例如：在接触法制备硫酸；氨的合成和氧化；有机合成工业；化学纤维工业；合成橡胶工业；冶金、石油、建材、农药生产等中，物理化学研究成果起到重要的作用。当然，生产实际往往比较复杂，它需要物理、化学、化工以及其他学科知识的综合运用。物理化学课程通常又有所谓“

6、大物化”、“小物化”之分。“大物化”包括物质结构的内容，其中又包括量子化学等理论化学。“小物化”不包括物质结构(本课程)。三、物理化学与其他化学课程的联系所谓“四大化学”（无机、有机、分析、物化），它们均有各自的特殊研究对象和目的。物理化学是研究化学过程中普遍性的更本质的内在规律性，无机化学、有机化学和分析化学在解决具体问题时，常常需利用物理化学知识和方法。例如：在无机化学中涉及的“电子云”、“化学键”的概念，化学反应“平衡常数”的概念等。物理化学所研究的具体对象包含无机或有机体系，也需运用有关分析

7、化学的知识。因此，物理化学与其他三大化学课程有密切联系。四、物理化学发展概况物理化学学科从19世纪初发展至今仍然相当活跃。国际、国内有关物理化学的期刊也很多。例如：J.Phys.Chem.；化学物理学报（科大3系）等。化学热力学（上册）部分其数学逻辑性较强，发展至今已比较成熟（指平衡态热力学，而不包括非平衡态热力学。）化学动力学（下册）的研究仍处于发展阶段，比较活跃。（通常是对某类反应体系的个别研究，系统理论尚未成熟。）物质结构研究方面，大型计算机的运用为天文数字量的量子计算、计算机模拟等提供有力工具，

8、发展也很活跃。五、涉及相关研究领域的一些较有影响的机构理论化学（量子化学）：吉林大学（唐敖庆）；北京大学（徐光宪）；北师大、上海冶金所、复旦大学等。反应动力学：中科院化学所（朱起鹤）、大连化物所（何国钟）等。电化学：武汉大学（查全性），厦门大学（田昭武），南京大学（高鸿），北京大学（高小霞）等。六、化学物理系部分实验室单分子化学物理（选键化学实验室）用激光和扫描隧道显微(STM)技术等实验技术对单原子、单分子和单细胞进行直接操纵，并利用这些