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1制药工程专业2自我简介杨亚提,陕西乾县人，副教授，硕士生导师。1986年7月毕业于西北大学化学系，获学士学位；1995年7月毕业于西北农业大学土壤学专业，获硕士学位；2000年7月毕业于西北农林科技大学土壤学专业，获博士学位。3现在西北农林科技大学理学院从事物理化学与胶体化学教学工作及土壤环境化学、环境中污染物净化研究工作。办公室:理学院楼4层411室联系电话:87033013(H),13201775658e-mail:yatiyang@hotmail.comQQ:6022672124课程安排课程安排：讲课54h，实验36h教材：面向21世纪课程教材《物理化学》参考书：傅献彩等《物理化学》，南京大学物理化学教研室董元彦等编《物理化学学习指导》，科学出版社高月英等编《物理化学》北京大学出版社要求：写预习笔记，上课做好笔记，按时交作业。平时成绩占总成绩的10%，实验占20%。5编外话：知识这东西——学习的目的？问题：为什么要上学？学校里学的东西有什么用？学了那些东西将来有多大作用？6回答：知识作为“工具”、“载体”，让学生打下“学习能力“的基础，而不是知识基础。教师上课授课，让学生看书、复习、做作业、考试……,这些手段的目的都不是让学生非得知道这些知识,而是让学生亲自体会接受知识、学习本领的一个过程。这个过程是”教育的本质“，也是学生将来最最受用终生的。——-----------摘自《读者》2004.NO.217绪论物理化学的目的和内容物理化学的研究方法前沿领域学习物理化学的方法8一、物理化学的目的和内容物理化学定义从研究化学现象和物理现象之间的相互联系入手，从而探求化学变化中具有普遍性的基本规律。在实验方法上主要采用物理学中的方法。9化学反应物理变化伴随变色变味影响通电加热101.综合性（交叉学科)：研究对象——化学变化研究手段——物理方法研究工具——数学（微积分）Cxdxxln1Cnxndxxn111物理化学的特点:112.逻辑性、理论性、概括性强。3.公式多，条件多，概念多，推理多，计算量大。4.紧密结合实际其基本原理及实验方法与科研、生产、日常生活相互联系。12目的物理化学主要是为了解决生产实际和科学实验中向化学提出的理论问题，揭示化学变化的本质，更好地驾驭化学，使之为生产实际服务。13“点石成金”?石墨金刚石在什么T，p下可以实现转化？14市售分析纯乙醇两种浓度？生理盐水的浓度0.9%？工业生产时，工艺上有何区别？与人体血液的关系如何？15如何提高果汁饮料的稳定性？稳定性差出现沉淀(分层)稳定性好未沉淀16喜之郎¥3.00/200克¥3.00/500ml不到1%胶凝剂85%水果冻17现代化工生产过程中，提纯方法:溶解重结晶精馏萃取柱交换膜分离等等18反应器，换热器的设计，要以物理化学数据为指导依据；分析化学中，仪器分析法的原理，大都利用物理化学理论。例如气相色谱液相色谱电导滴定电位滴定离子选择性电极极谱法、库仑法等等。19有机化学家：应用动力学探索反应机理借助量子力学确定新化合物结构无机化学家：应用量子力学研究化合物的键分析化学家：应用光谱学分析样品组成生物化学家：应用动力学研究酶促作用应用热力学研究生物能的转换化学工程师：应用热力学设计分离规程地质学家：应用热力学相图推测地球演变过程20据统计20世纪以来，在132位获得诺贝尔化学奖的科学家中有85位是物理化学工作者，约占64%；近49年中，这个比例为72%。这说明物理化学造诣精深的学者，其思路宽阔，探索深入，常能在各交叉学科之间碰撞出新的思想火花，创造出超前的科研成果，而且这种趋势正在增强。21任务（解决的问题）(1)化学变化的方向和限度问题(2)化学反应的速率和机理问题(3)物质的性质与其结构之间的关系问题22主要内容：化学热力学——反应的方向与限度电化学——化学能与电能相互转化的规律化学动力学——反应的速率与机理表面化学——发生在气液固界面上的现象胶体化学——不同胶体体系的性质与应用23归纳(induction)和演绎(deduction)方法，采用微观和宏观的观点对化学系统进行研究。由直观的现象提出抽象假定→严格推理→结论→事实检验→上升理论。“大胆假设,小心求证”“实践、认识、再实践、再认识”二、物理化学的研究方法24最基本的理论方法：1．热力学的方法2．统计力学的方法（微观的方法）3．物质结构的方法（量子力学的方法）25物理化学中有许多特有的研究方法：理想模型法（ideagas、ideasolution）科学抽象法(可逆过程)相对数值法“投石问路”法极限外推法等等在思维方法上发散思维、逆向思维、类比思维等等。26三、前沿领域1分子动态物理化学目前物理化学已达到研究分子激发态及动态的水平。其中分子反应动力学，分子激发态、瞬态的结构研究是突出的两个前沿领域。它们以其在学科中的重要地位和崭新的研究方法已成为当今世界上受到广泛重视和十分活跃的领域。272分子设计与分子工程它与结构化学、量子化学、合成化学、分子力学等的深入发展密切相关，分子设计与分子工程标志着化学发展到一个新阶段。28分子设计它是根据某种特定性能的需要，在分子水平上对结构进行设计和施工的。分子工程是化学和相邻学科在较高发展水平上的产物，其骨干内容是贯通性质、结构、制备三元间关系的一系列原理。29在分子筛及催化剂制备、电极表面修饰，LB膜制备等的研究中，都有意识地运用了分子设计的思想，并已有成功的实例。分子设计与分子工程的研究内容丰富，涉及体系广泛，目前研究比较集中在生命、材料、药物等领域。30从分子水平进行药物作用原理、构效关系进行研究，进而对特效药物分子结构进行设计与合成也是非常活跃的研究课题。313表面与界面物理化学研究对象主要包括固体催化剂表面、电化学界面、分子有序组合体、超细微粒等，此类研究在能源、材料、石油化工、电子器件等方面具有重要的应用背景。32四、学习物理化学的方法1、抓重点2、理解公式的物理意义3、课前预习是个好方法4、课堂上做好笔记5、重视习题训练33本课程对习题作如下要求：习题的格式为：题号、抄题，列公式，代入公式，代入数据，算出答案及单位，得数一般取3～4位有效数字，可用科学计数法，如1.013×105，单位统一用SI单位制。34周五为交作业时间，上课前交到讲台上，缺交一次，在期末总成绩中扣去2分，迟交按缺交处理。为了鼓励同学们独立地完成作业，考题中有20％左右选自平时布置做过的习题。35α/alpha/β/beta/γ/gamma/ρ/rho/ν/nu/化学计量系数ξ/xi/反应进度η/eta/热机效率，黏度μ/mu/化学势κ/kappa/电导率本课程中使用的希腊字母一览表36Λm/lambda/摩尔电导率φ/phi/电极电势σ/sigma/表面张力Γ/gamma/吸附量ζ/zeta/电动电势37第一篇化学热力学（thermodynamics）•定义：研究热功及其转换规律的科学即为热力学。把•热力学的基本原理用来研究化学现象以及和化学有关•的物理现象，就形成了化学热力学。38热力学发展：一百多年历史从平衡态(可逆过程)热力学线性非平衡(不可逆过程)热力学非线性非平衡态(不可逆过程)热力学。1969年比利时科学家Prigogine等人经过几十年研究创立了一门新学科--耗散结构理论（？）为此而获得1977年Nobel化学奖。39基础：热力学三大定律热力学第一定律：化学现象中的能量守衡定律。主要解决化学变化中的热效应问题。确定了内能（U）函数，导出了焓（H）函数。热力学第二定律：指定了化学及物理变化的可能性、方向性及进行的限度问题。确定了熵（S）函数，提出了熵判据。40热力学第三定律：提出了熵(S)的求算原则。两定律的结合：定义了Helmholzefreeenergy(F)Gibbsfreeenergy(G)41研究方法：考察体系变化前后——起始状态与终了状态之间函数的改变量来做出方向和限度上的判断。始态终态T1，P1，V1，U1，H1，S1，G1T2，P2，V2，U2，H2，S2，G2UHSG？＜0＝O＞042第一章化学热力学基础热力学的能量守恒原理可逆过程与最大功热与过程理想气体的热力学化学反应热自发过程的特点与热力学第二定律熵增加原理与化学反应方向化学反应的熵变43体系（System）（物系或系统）被划定的研究对象。环境（surroundings）与体系密切相关、有相互作用或影响所能及的部分。1.1热力学的能量守恒定律1.1.1几个基本概念1.体系与环境（Systemandsurrounding）44根据体系与环境之间的关系，把体系分为三类：（1）敞开体系（opensystem）45（2）封闭体系（closedsystem）46（3）孤立体系（isolatedsystem）472.体系的性质广度性质（extensiveproperties）又称为容量性质，它的数值与体系的物质的量成正比，如体积、质量、熵等。这种性质有加和性。强度性质（intensiveproperties）与体系的数量无关，不具有加和性，如温度、压力等。483.状态函数（statefunction）状态：系统里一切性质（包括物理、化学性质）的综合表现。状态函数：系统里的宏观性质----热力学函数、状态性质或热力学性质。例理想气体的p、V、T、n都可称为状态函数。49特性：状态函数在数学上具有全微分的性质。状态函数有特征状态一定值一定殊途同归变化等周而复始变化零50问题：体系的同一状态能否具有不同的体积？体系的不同状态能否具有相同的体积？体系的状态改变了，是否其所有的状态性质都要发生变化？体系的某一个状态函数改变了，是否其状态必定发生变化？51process:状态随时间变化的经过（系统状态所发生的一切变化）。path:完成某一过程的具体步骤或具体路线。4.过程与途径（processandpath）52常见的变化过程（1）等温过程（isothermalprocess)T始=T终=T环（2）等压过程（isobaricprocess)p始=p终=p环（3）等容过程（isochoricprocess)V不变（4）绝热过程（adiabaticprocess)在变化过程中，体系与环境不发生热的传递。（5）循环过程（cyclicprocess)53热：因温度差而引起的能量交换，其否命题无温度差便无热的交换即定温过程Q=0功体积功W非体积功W´热和功不是状态函数，是过程量。100℃,pө水100℃,pө汽Q0×40.7kJ/mol电功表面功5.热和功（Heatandwork）54热功+–的规定(含义)体系环境QWQW+–556.内能（internalenergy）构成体系所有微粒子的位能与动能的总和，不包括体系的宏观动能和位能，它包括体系内部分子的平动能、转动能、振动能分子间的相互作用能原子中电子的能量、原子核的能量、原子间相互作用能。56内能的特点(1)内能是体系的广度性质(2)内能是体系自身的性质，是状态函数。对于简单体系（单组分）U=f(T、p)封闭系统，微小的内能变化dVVUdTTUdUTV)()(571.1.2热力学第一定律1.文字描述“第一永动机不能制成”，所谓第一永动机是一种不靠外界供给能量，不需消耗燃料，而能不断对外做功的机器。孤立系统不论发生什么变化，系统总能量不变。58U1U2Q、W积分式ΔU=Q+W??微分式dU=δQ+δW适用条件：封闭体系内的任何过程2.数学表达式59例题1设有一电炉丝浸于水中，接上电源，通过电流一段时间。如果按照下列几种情况作为系统，试问ΔU、Q、W为正为负还是为零？（1）以电炉丝为系统；（2）以电炉丝和水为系统；（3）以电炉丝、水、电源及其他一切有影响的部分为系统。水绝热60例题2（1）将隔板抽去以后，以空气为系统（2）如右方小室亦有空气，不过压力较左方小，将隔板抽去以后，以所有的空气为系统试问ΔU、Q、W为正为负还是为零？解答：ΔU、Q、W均为零空气真空61体积功功的定义式Adlp外dV功=力