物理化学幻灯片.pptx

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1、,物理化学,Physical Chemistry,物理化学是什么？,物理化学是一门从物理学角度分析物质体系化学行为的原理、规律和方法的学科，是近代化学的原理根基。物理化学家关注于分子如何形成结构、动态变化、分子光谱原理、平衡态等根本问题，涉及的物理学有静力学、动力学、量子力学、统计力学等。大体而言，物理化学为化学诸分支中，最讲求数值精确和理论解释的学科。,物理化学的形成,物质的化学运动形式和物理运动形式是相互联系的。早期的物理学家和化学家并没有十分明确的分工。化学家波义耳在物理学上曾做出十分重要的贡献；而物理学家牛顿在化学上虽然没有取得什么成就，但却全盘接受了波义耳的化学思想，他用在炼金术和化

2、学上的时间比用在物理学上的时间还多。既是物理学家又是化学家的罗蒙诺索夫就曾使用过“物理化学”这一术语，还提出了这门学科的性质和研究范围。从I9世纪初开始，这种情况发生了很明显的变化。道尔顿及其后继者们力图用唯象的质量单元去理解物质变化，而不像牛顿及其同时代人那样企图用物理学上的力去理解这样的变化。化学家们和物理学家们走上了不同的道路物理学家们使用化学物品只是为了概括出物理概念和定律，化学家们对物理学的成就则不甚关心。但是，从18世纪中期到19世纪，以蒸汽机和电力的广泛使用为标志的技术革命对自然科学产生了强烈的影响，物理学中逐步发现的与化学现象相关的一些物理效应所遵循的规律，以及化学中形成的一些

3、至今仍很重要的基本学说和发现的一些重要事实，客观上促使两门学科在新的基础上逐步结合，终于导致19世纪下半叶形成了第一门边缘学科物理化学。,目录,04、电解定律和电离理论,电化学,瑞典化学家贝格曼,在1775年列出一个化学亲和力表，已经认识到试剂的数量对反应结果的影响。瑞典的一个医生文策尔1777年也列出一个化学亲和力表，指出金属在酸中的溶解速度于酸的有效质量成正比。,法国化学家贝托雷1798年随拿破伦远征埃及，发现当地盐湖沿岸有碳酸钠，设想是氯化钠和碳酸钙作用的产物。他猜测当产物过量时，化学变化会逆向进行。经过研究贝托雷比较全面的认识到化学反应中的质量效应。,大约在1850年，法国化学家威廉米

4、用旋光测定计巧妙的研究了蔗糖在酸的作用下的水解速度。他发现了著名的反应变化量与反应时间关系的表达式同年，英国化学家威廉逊指出，化学平衡是正反应速度与逆反应速度相等的状态。但化学家并没有立即接受这种动态平衡的观点,=(k常数）,真正认识到动态平衡概念意义重大的，是两位挪威科学家 古德贝格和瓦格。1864年，他们在挪威文发表的一本小册 子中，总结了300个实验数据，全面研究固液平衡体系，提出了质量作用定律。即 A+B C+DA和B作用生成C和D，同时C和D作用也成了A和B,生成C 和D的力等于kpq(pq为AB的活动质量），生成A和B的力 为kpq。两者的力相等，所以平衡的时候可求k与k之和。,炼

5、金术士和早期的化学家把导致化学反应发生的力称为亲和力，后来，许多化学家在亲和力上的研究方面出现了2个方向，一个是用反应速率来测定亲和力，一个是用反应热效应来度量亲和力。前一个方向就导致质量作用定律的发现，后一个导致动态平衡观念的确立。瑞典化学家贝格曼于1775年列出化学亲和力表（认识到数量对反应结果的影响）法国化学家贝托雷在1798年设想化学反应会逆向进行（认识到化学反应中的质量效应）法国化学家威廉米于1850年提出（第一个表示物质浓度与反应速度关系的公式）挪威数学家古德贝格和化学家瓦格A+B C+D（全面阐释质量作用定律）,动态平衡与质量作用定律的发展,从热质说到热化说,什么是热质说 把热视

6、为一种运动着的微粒性的实在物质1780年，拉普拉斯和拉瓦锡，在他们的论文中报道了他们关于化学热反应的研究，由于受到 热质说的影响，这方面的研究后来中断了50年。直到19世纪下叶热力学理论基本奠定后，热质说才逐渐被科学界摈弃。,1836年，瑞士化学家黑斯在俄国测量了很多反应的热效应，总结出一条规律：一个化学过程，无论经过多少中间步骤完成，其热效应总是相等的,黑斯：出生于日内瓦，在俄国长大并且接受了医学教育，他在圣彼得堡发表了他的研究成果，并将其称为总热量守恒定律，后来被命名为黑斯定律，这是热化学界发现的第一个定律。,热化学界发现的第一个定律 黑斯定律,最大功原理的提出,19世纪五六十年代，贝特罗

7、和丹麦化学家汤姆生，根据黑斯定律，又测定了许多反应的热效应，提出吸热和放热的概念，把反应热作为反应物化学亲和力的量度，贝特罗提出了最大功原理：凡无外部能量输入的化学变化，都向产生更多热量的物质方向进行,能术语的出现和接受,1841年，德国医生迈厄尔受病人血液颜色在热带和欧洲的差异及海水温度和暴风雨关系的启发，提出热与机械运动之间相互转化的思想。英国酿酒商焦耳，巧妙设计了大量实验精确测定了电热当量和热功当量，论述了能量守恒的转化定律。1847年，物理学家赫尔姆霍在论力的守恒里面全面论证了能量守恒和转化定律。1853年，英国物理学家开尔文给出了热力学第一定律的表达式，能这一术语被广泛接受。,热力学

8、第二定律的确立,1824年，法国工程师卡诺，通过对热机的分析得出：热机必须在两个热源之间工作，热机的效率只取决于两个热源的温差。可逆热机的工作效率最高。这就是卡诺原理。过了10年，法国工程师克拉珀龙用卡诺循环原理研究了气液平衡，导出了克拉珀龙方程 PV=RT。1854年，德国物理学家克劳修斯给出了热力学第二定律的数学表达式。,物理化学的基础,在1780年拉瓦锡和拉普拉斯报道了他们关于热力学的研究后，这方面的研究中断了50年，直到19世纪60年代，才又开始慢慢发展。1836年瑞士化学家黑斯（一个化学过程，无论经过多少阶段，其热效应是相等的）19世纪五六十年代贝特罗和汤姆生提出最大功原理 凡无外部

9、能量输入的化学变化，都向产生更多热量的物质方向进行 1842年德国医生迈厄尔提出热功转化规律1847年赫尔姆霍兹全面论证能量守恒和转化定律 能这一术语被广泛接受1853年英国开尔文给出了热力学第一定律数学表达式1851年德国克劳修斯给出热力学第二定律数学表达式 1877年奥地利波尔兹曼揭示熵的物理意义,稀溶液性质的发现,18世纪，英国人华生和布拉格登注意到盐溶于水会降低水的凝固点。19世纪中期，巴布和马尔纳注意到相对蒸汽压降低与温度无关，与不挥发溶质浓度成正比。法国化学家拉乌尔做了大量实验发现100克水中含有1克溶质的溶液，其凝固点下降值与此溶液的分子量之乘积为一常数。,渗透现象的发现与稀溶液

10、理论,1748年，法国人诺勒用膀胱做半透膜发现渗透现象。1827年，法国人杜特罗夏也用膀胱做半透膜，定量测定了渗透压。1867年，德国人特劳贝用亚铁氰化铜做出很严格，承受力很大的半透膜。1877年，德国植物学家浦菲用这种半透膜发现了溶液的渗透压和溶液的体积成反比，与绝对温度成正比。即 PV=kT,1886年，范霍夫发现PV=kT的k值等于理想气体常数R。并建立起稀溶液理论。1887年，拉乌尔注意到盐溶液的凝固点降低和蒸汽压降低值比克分子浓度相同的有机化合物的溶液的高。，他在酸，碱，盐溶液的渗透压公式中引进一个校正系数 PV=iRT（i1)后瑞典物理化学家阿累尼乌斯揭示了i的物理含义,化学热力学

11、,热力学与化学结合，应用了热力学的概念和原理，对溶液的依数性性质进行理论分析，建立起非电解质稀溶液理论18世纪华生和布拉格登注意到盐溶于水会降低水的凝固点19世纪中纪巴布和马尔纳注意到相对蒸气压降低与温度无关 初步发现1886年到1890年拉乌尔发现溶液蒸气压降低值等于溶液溶质之克分子分数1748年法国人诺勒发现渗透现象1827年法国人杜特罗夏定量测定了渗透压 进一步发展1877年德国浦菲弗发现 PV=KT（K 为常数）1886年范霍夫建立起稀溶液理论 揭示出拉乌尔公式中常数的热力学意义1887年拉乌尔在PV=iRT揭示i的物理含义,电解定律和电离理论,18世纪，伽伐尼发现电流1799年，伏打

12、电池出现1834年，法拉第电解定律发表1857年，克劳修斯认为电解质在溶液中不断离解成基，这些基又不断化合成电解质分子，但溶液中大量存在的是分子，只有少量的基1853至1885年，认识到不论是否有电流通过，电解质在溶液中均以离子形态存在,组成盐的正电基部分和负电基部分以简单的混合状态存在于溶液中1887年，阿累尼乌斯提出电解质稀溶液的电离理论,关于电化学,一个伽凡尼电池，两个电极用盐桥连接以传递离子。外电路中产生电流。,科学家的故事,亚历山德罗朱塞佩安东尼奥安纳塔西欧伏打伯爵（意大利语：Count Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta，1745

13、1827），意大利物理学家，在19世纪因发明电池而闻名。,1800年，伏打用锌片与铜片夹以盐水浸湿的纸片叠成电堆产生了电流，这个装置后来称为伏打电堆，他还把锌片和铜片放在盛有盐水或稀酸的杯中，放多这样的小杯子中联起来，组成电池。他指出这种电池“具有取之不尽，用之不完的电”，“不预先充电也能给出电击”。伏打电堆的发明，提供了产生恒定电流的电源化学电源，使人们有可能从各个方面研究电流的各种效应。电学从此进入了一个飞速发展的时期电流和电磁效应的新时期。直到现在，我们用的干电池就是经过改装后的伏打电池。干电池中用氯化铵的糊状物代替了盐水，用石墨棒代替了铜板作为电池的正极，而外壳仍然用锌皮作为电池的负极

14、.,科学家的故事,迈克尔法拉第（Michael Faraday，1791日1867），英国物理学家，在电磁学及电化学领域做出许多重要贡献，其中主要的贡献为电磁感应、抗磁性、电解。,1791年9月22日，迈克尔法拉第降生在英国萨里郡纽囚顿一个贫苦的铁匠家庭。为了解决全家的温饱，老法拉第带着5岁的小法拉第迁到伦敦，希望改变贫穷的命运，不幸的是在小法拉九岁那年夺取了老法拉第的生命。迫于生计，幼小的法拉第承担起生活重担，去一家文具店充当学徒。四年以后，13岁的法拉第又到书店学徒。起初负责送报，后来充当图书装订工。难能可贵的是小法拉第不安于贫穷，不安于清苦，奋志好学。14岁时他跟一位装书兼卖书师傅当学徒

15、，利用此机会博览群书。他在二十岁时听了戴维先生讲课，对此产生了浓厚的兴趣。他给戴维写信，终于得到了为戴维当助手的工作。在几年之内法拉第就做出了自己的重大发现。,化学反应指数定律和催化学说,1884年，范霍夫把化学动力学和化学热力学区分开1889年，阿累尼乌斯公式提出1835年，催化和催化剂的概念由贝采里乌斯提出1894年，奥斯特瓦尔德提出催化剂的本质在于它只改变反应速度而本身不发生变化，它在可逆反应中只加速平衡的到达而不能改变平衡常数1887年，奥斯特瓦尔德和范霍夫创办物理化学杂志，物理化学学科由此形成,关于热化学,世界上第一个冰量热计，用于测定在不同化学反应中的热量；这些实验标志着热化学的开

16、端。（1782年至1783年）,范霍夫从小就聪明过人。他在中学读书时，对化学实验很感兴趣。他经常在放学以后，偷偷溜进学校，从地下室的窗户钻进实验室里去做实验，专门乐于选用那些易燃易爆和剧毒的危险药品做实验。学校的霍克维尔夫先生发现了他的秘密，责备了他。范霍夫请求老师不要报告校长。但他还是被带去见他的父亲。鹿特丹的这位名医了解了事情的经过后，对自己儿子不规矩的举动深为尴尬和愤慨。但转念一想，儿子的肯钻好学不该过分责备。于是，他把自己原来的一间医疗室让给了儿子。范霍夫有了自己这一间简陋的实验室，干得更加起劲了。少年时代的这种爱好，注定了后来范霍夫成为化学家的命运,雅可比亨利克范霍夫(Jacobus Henricus Vant Hoff 1852一1911)荷兰物理化学家,科学家的故事,THANK YOU,