物理化学发展史.ppt

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1、物理化学发展史,能量转换（放热、吸热反应）电流 光子的发射和吸收 压力和体积的变化,化学反应中的物理现象,Electrolysis CellPrimary Cell,EnergyTransition：ElectricalPotential,Chemicalpotential,化学反应中的物理现象:能量转换,Energy transition Volume change Illuminant,化学反应中的物理现象:燃烧过程,O2Light Reaction,C6H12O6Dark Reaction,CO2Calvin Cycle,+,+EnergyATP andNADPH2ADTNADP,Chl

2、oroplast,Used Energy and isrecycled.,H2OSplittingof waterLight isAdsorbed ByChlorophyll,化学反应中的物理现象:光合作用,从物质变化的物理现象和化学现象的联系入手，探求化学变化及相关的物理变化基本规律的一门科学。,物理化学,物理化学的建立与发展,十八世纪开始萌芽：从燃素说到能量守恒与转化 定律。俄国科学家罗蒙诺 索夫最早使用“物理化学”这一术语。,Central South University,Before 1800:Dalton atomism and Avogadro molecular theory；

3、In 1840,ess Heat Law；,In 1869,1st Law of thermodynamics；2nd law of thermodynamicsIn 1876,Gibbs Phase rule；,In 1884,J.H.Vant HoH,dilute solution theory；,In 1886,S.A.Arrhenius,ionization theory for electrolyte,物理化学的建立与发展,物理化学的建立与发展,十九世纪中叶形成1887年俄国科学家W.Ostwald（18531932）荷兰科学家 J.H.vant Hoff（18521911）合办了第

4、一本“物理化学杂志”（德文）。,物理化学的建立与发展,二十世纪迅速发展：新测试手段和新的数据处理方法不断 涌现，形成了许多新的分支学科，如：热化学，化学热力学，电化学，溶液化学，胶体化学，表面化学，化 学动力学，催化作用，量子化学和结 构化学等。,气体理论,19世纪以来柯劳尼希 K.Kronig，(18221879)、克劳胥斯 R.Clausius(18221888）、麦克斯韦 James Clerk Maxwell(18311879）、范德华J.D.van der Waals，(18371923）等提出 分子运动学说。,改變壓力 測體積變化,溶液理论,范霍夫发现：溶液的渗透压和气体的气压在性

5、质上有着完全相同的含义。稀薄溶液的各种现象:凝固点下降 沸点上升 蒸气压下降 渗透压,电化学,电离学说 电池的理论 电化学的应用,John Frederic Daniell(1790-1845),Daniells research into development of constant current cells took place at the same time(late 1830s)that commercial telegraph systems began to appear.Daniells copper-depolarized battery(1836)and Groves

6、nitric acid depolarized cell were fortuitous arrivals.British and American telegraph systems used the Daniell cell exclusively.when the intensity of pain was used as a measure of a cells power.,William Robert Grove(1811-1896),William Robert Grove(1811-1896)invented two cells of special significance.

7、His first cell consisted of zinc in dilute sulfuric acid and platinum in concentrated nitric acid,separated by a porous pot(Grove Cell).This cell had nearly double the voltage of the first Daniell cell.His second cell,was the forerunner of modern fuel cells.,电化学的应用 电解铝,Paul Herout(1863-1914)Charles

8、M.Hall(1863-1914),电离学说-阿累尼乌斯,“要解释电解质水溶液在稀释时导电性的增强，必须假定电解质在洛液中具有两种不同的形态，非活性的一分子形态，活性的离子形态。实际上，稀释时电解质的部分分子就分解为离子，这是活性的形态；而另一部分则不变，这是非活性的形态”“当溶液稀释时，活性形态的数量增加，所以溶液导电性增强”,Hermann Walther Nernst(1864-1941),Hermann Walther Nernst(1864-1941)expressed his ambition to become a poet.In 1883,he had graduated fi

9、rst in his class at the Gymnasium of Graudenz(currently part of Poland),where his studies focused on classical literature,humanities,and natural science.Thirty-seven years later,he was awarded the Nobel Prize for chemistry in honor of his work in chemical thermodynamics.The man who adored the words

10、of Shakespeare created poetry of a different meter when he bridged the quantum theory of Planck with the dynamics of chemical processes.,热化学,1840年，彼得堡的黑斯（G.H.Hess，18021850）提出热总量恒定定律，奠定了热化学的基础。哥本哈根的汤姆生（Julius Thomsen，18261909）研究了许多化学变化的反应热，有机化合物的结构和燃烧热的关系；巴黎的贝特罗（P.E.M.Berthelot，18271907）对化学过程进行的方向、作用

11、的强弱与热量的关系等进行了研究。,热化学反应方程式,在化学反应中，在物质变化的同时，还伴随有能量的变化，这种能量变化，常以热能的形式表现出来.随着某一个化学反应所放出或吸收的热量总和，只由最初和最后的状态决定，而同反应的途径完全无关。,平衡过程热力学,热力学第一定律热力学第二定律,在5个国家、由各种不同职业的10余位科学家各自独立发现。迈尔、焦耳、亥姆霍兹是主要贡献者。1842年，迈尔发表论无机界的力，表达能量守恒的思想。1843年，焦耳测定热能和机械功之间的热功当量关系。1847年，亥姆霍兹出版了论力的守恒，不同形式的能的数学表示式法国卡诺、德国莫尔、法国塞甘、瑞士赫斯、德国霍耳兹曼、英国格

12、罗夫、丹麦柯耳丁以及法国伊伦，都作出了贡献,热力学第一定律：能量守恒定律,一切物质都具有能量。能量既不可能创造，也不能消灭，它只能在一定的条件下从一种形式转变为另一种形式。而在转换中，能量的总量恒定不变。,1865年克劳修斯用宏观分析方法，为定量表述热力学第二定律，首先引入了状态函数熵（S）的概念,克劳修斯(1822-1888),热力学第二定律,开尔文(1824-1907),十九世纪英国最伟大的物理学家之一。1851年在研究卡诺循环的基础上提出第二定律的著名叙述,创立热力学温标。1858年发表能的递降学说。1866年他主持装设了第一条越洋海底电缆。,热力学第二定律的经典表述,克劳修斯（Clau

13、sius）的说法：“不可能把热从低温物体传到高温物体，而不引起其它变化。”,开尔文（Kelvin）的说法：“不可能从单一热源取出热使之完全变为功，而不发生其它的变化。”后来被奥斯特瓦德(Ostward)表述为：“第二类永动机是不可能造成的”。,第二类永动机：从单一热源吸热使之完全变为功而不留下任何影响。,物理化学的创建,Wilhelm Ostwald 化学总论教科书范霍夫在阿姆斯特丹建立学派创办期刊 物理化学杂志 Zeitschrift fr Physikalische Chemie,F.W.Ostwald 德国化学,家(1853-1932)1909年Nobel化学奖获得者,J.H.Vant

14、Hoff 荷兰化,学家(1852-1911)1901年Nobel化学奖获得者,S.A.Arrhenius瑞典化学,家(1859-1927)1903年Nobel化学奖获得者,物理化学杂志创刊号上，同时摘要发表了瑞典化学家S.A.Arrhenius 的“电,离学说”，上述三人都是物理化学的重要奠基人，由于他们对物理化学的卓越贡,献和研究工作中的亲密合作关系，被称为“物理化学三剑客”。,奥斯特瓦尔德,Wilhelm Ostwald was born on September 2,1853,in Riga,Latvia,special emphasis on electrochemistry and

15、chemical dynamics.He published numerous textbooks,Lehrbuch der Allgemeinen Chemie(Textbook of general chemistry)in 1884,Grundriss der Allgemeinen Chemie(Outline of general chemistry)Hand-und Hilfsbuch zur Ausfhrung physikalisch-chemischer Messungen Ostwald also founded and edited the Zeitschrift fr

16、physikalische Chemie in 1887;Ostwald himself edited 100 volumes,up to 1922.In 1909 Ostwald was awarded the Nobel Prize for Chemistry for his work on catalysis,chemical equilibria and reaction velocities.,范霍夫,In 1872 Jacobus Henricus vant Hoff(1852-1911),a Dutch graduate student,came to Bonn to study

17、 for a year.Vant Hoff returned to the Netherlands to complete his doctoral degree.He was soon appointed lecturer in theoretical and physical chemistry at the University of Amsterdam,where he stayed for twenty years.There he conducted the studies of reaction rates,chemical equilibrium,chemical affini

18、ty,and osmotic pressures that helped found the discipline of physical chemistry.In 1896 he moved to the University of Berlin,and in 1901 he became the first Nobel laureate in chemistry for his work in physical chemistry.,吉布斯 Josiah Willard Gibbs(1839-1903),1873年吉布斯发表他的第一篇重要论文.采用图解法来研究流体热力学，在其后的论文中提出

19、了三维相图。1876年吉布斯在康涅狄格科学院学报上发表论非均相物体的平衡的第一部分。1878年他完成了第二部分。长达三百余页的论文被认为是化学史上最重要的论文之一.提出了吉布斯自由能，化学势等概念，阐明了化学平衡、相平衡、表面吸附等现象的本质。奥斯特瓦尔德:“无论从形式还是内容上，他赋予了物理化学整整一百年。”朗道:吉布斯“对统计力学给出了适用于任何宏观物体的最彻底、最完整的形式”。,Josiah Willard Gibbs,反应速度论,1867年由挪威的古德贝格（Cato M.Guldberg，18361902）和瓦格（PeterWaage，18331900）从分子运动学说导出 古德贝格瓦格

20、 反应速度定律：反应速度与参加反应的各种物质浓度的乘积成正比例。实验根据：威廉米（Ludwig Wilhelmy，18121864）的蔗糖转化 贝特罗和桑吉尔斯（Pan de St.Gilles）的酯的生成 哈库特（A.Vernon Harcourt，18341919）和艾逊（W.Es-son，18381916）的高锰酸钾还原。温度对反应速度也有很大的影响。随着温度的升高，反应速度则明显增加。关于这个问题范霍夫和贝特罗等人曾经进行过精确的理论和实验方面的研究。,催化作用,1814年基尔霍夫研究了酸催化淀粉水解为葡萄糖的反应1814年戴维发现了煤气在铂上进行氧化反应，1834年法拉第发表关于氢气

21、和氧气在铂箔上反应的文章1836年贝采里乌斯最先用催化作用一词奥斯特瓦尔德提出了具有现代观点的催化剂和催化作用的定义：“凡能改变化学反应的速度而本身不形成化学反应的最终产物，就叫做催化剂。”,催化剂会使反应物经由一条不同的反应途径，以红色标注，而该反应途径的活化能更低，更易发生,胶体化学,定义：分散质粒子在1nm100nm之间的分散系；胶体是一种分散质粒子直径介于粗分散体系和溶液之间的一类分散体系，这是一种高度分散的多相不均匀体系。分类：1、按分散剂的不同可分为气溶胶，固溶胶，液溶胶；2、按分散质的不同可分为粒子胶体、分子胶体；实例：1、烟、云、雾是气溶胶，烟水晶，有色玻璃是固溶胶，蛋白溶液，淀粉溶液，肥皂水，人体的血液是液溶胶；2、淀粉胶体,蛋白质胶体是分子胶体，土壤是粒子胶体。,碘化银胶团结构及示意图（AgNO3为稳定剂）,