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物理化学教案 第一章 － 热力学第一定律 PAGE PAGE 60 上海师大、河北师大、华中师大、华南师大、河南师大合编 物理化学(第三版)备课笔记 绪论 (INTRODUCTION) §0－1 物理化学的内容与任务 一、什么是物理化学： 物理化学是研究化学运动(物质的原子、分子之间重新排列和反应变化等运动形式)普遍规律的科学，是化学学科理论的一部分。 物理化学(physical chemistry)是应用物理学原理与方法，研究有关物质的物理变化与化学运动普遍规律的一门科学，也可以说，物理化学是从物质的物理现象与化学现象的联系入手，来探讨化学基本规律的一门科学，是整个化学科学与化学艺学的理论指导，又叫理论化学，又是物理学与化学最早相互渗透的一门边缘学科，实验手段上采用物理学的方法。 二、物理化学的主要内容 1.化学热力学——研究化学反应的方向与限度。 例如：合成氨、人造金刚石、人造饼干等等。 2.统计热力学——是经典统计力学用于化学而形成的，它最重要的核心是配分函数，统计力学是宏观与微观的桥梁。 3.化学动力学——研究化学速率与反应机理，例H2与O2混合。鞭炮。 4.电化学、表面化学、胶体化学。 5.物质结构——研究物质结构与性质之间内在联系。这部分内部已从物理化学中分出去，单独成为一门学科——结构化学(量子化学)。 三、物理化学的任务。 1.物理化学任务就是把化学领域中各个现象联系起来，对于其中的一般规律性予以更深刻，更本质地探讨。 印永嘉教授说：“无机化学是化学的四肢，有机化学是化学的驱体，分析化学是化学的眼睛，而物理化学是化学的灵魂。”“没有物理化学知识的人，不能说懂化学。” 例如：学习无机化学时，元素周期律起很大作用，但只有在学习了物质结构之后，才能对周期律的本质和内在规律给出更深刻的揭示。同样，我们学习了化学热力学、化学动力学、统计热力学之后，才能对无机化学、有机化学、分析化学、化工原理等学科的内在联系，一般规律性给予更深刻、更本质地探讨。 2.用物理化学理论指导、改进化学工业与化工生产。物理化学的任务，不仅要正确地反映客观世界，还要通过对客观规律的认识来改造世界。要运用物理化学的理论与定量数据，来指导、改进化学工业与化工生产。 例：NH4HCO3的生产，人造金刚石，电镀陶瓷，酒的陈化。 总之，物理化学的任务是：认识世界，改造世界，理论与实践相结合。 §0－2 物理化学的形成、发展和前景 一、物理化学的形成 十七世纪前期，欧洲发生了产业革命，手工业开始向机械工业过渡，化学也逐渐由在古代化学时期进入近代化学时期。 1661年，英国的化学家波义耳，把化学确立为一门科学，给元素下了一个科学的定义，把实验引入化学。1773年，法国的化学家拉瓦锡建立了科学的燃烧氧化理论，推动了近代化学的发展。1804年英国的化学家道尔顿建立了科学原子论。以后法国的盖·吕萨克研究了气体反应规律，出现了“半个原子”的困难。1891年意大利的化学家阿佛加德罗(Avogodro)提出了分子论。化学界经过了长达50年的争论，才使原子一分子论得到公认，成为近代化学的基本指导理论。 十九世纪中时，化学已经积累了大量的知识，这些知识急待进行归纳、总结、提高，上升为理论，使化学由经验科学上升为理论科学，在这样历史条件下，产生了物理化学这个重要的学科。“物理化学”这个名词最早是俄国伟大的科学家罗蒙诺索夫在十九世纪中叶提出的。后来，1887年，法国的化学家奥斯特瓦德(Ostwald)首先在德国的莱比锡大学开设物理化学讲座，并且与荷兰的化学家范特荷夫创办《物理化学》杂志，这样，物理化学这门学科就诞生了，普遍传开了。 二、物理化学的发展： 1.化学热力学来自物理学。19世纪初，由于工业的发展，广泛地使用蒸气机，要提高效率，促使人们对热、功转换问题进行深入研究，建立了热力学第一定律、第二定律，这两上定律是人们失败教训的总结，第一类、第二类永动机制不出来的。20世纪初，低温工作的发展导致了热力学第三定律的发现。19世纪中叶，把热力学定律应用到化学中，形成了化学热力学。 2.1840年，盖斯(Hess)建立了热化学定律。 3.1869年，门提列夫发现了无素周期律，促进了物理化学发展。 4.1876年，美国的化学家吉布斯(Gibbs)，对化学热力学贡献最大，引出了吉布斯自由能，定义了化学势，形成一套完整的处理方法，对相平衡、化学平衡等进行了严密地数学处理。 5.1884年范特荷夫(Vant Hoff),创立了稀溶液理论，推导出化学平衡的等温方程式。(1901年，第一个获得诺贝尔化学奖的人) 6.1886年，阿仑尼乌斯(S.Anhencus)建立电离理论，揭了电解质水溶液的本性。在化学动力学上作出很大贡献。提出了阿仑尼乌斯