高等物理化学0.pdf

物理化学 环境专业研究生使用 40学时 1 《物理化学》 绪 论 1.物理化学的内容和任务 物理化学属于化学科学的范畴。按现代化学科学的分类，化学科学包括六 大基础学科： 物理化学、无机化学、有机化学、分析化学、高分子化学和生物化学 后五门分支学科明显地侧重研究化学科学中某一方面内容的特殊规律。且 这五门分支学科的研究所依据的原理均来源于物理化学。所以说，物理化学所 研究的是化学变化的共性，是研究化学科学中最基本、最普遍规律的一门分支 批注 [h1]: 这是物理化学的 学科。因此，物理化学又称为“理论化学”或“化学原理”。 科学地位 化学科学作为自然科学的一个领域，是研究物质分子转变规律的科学 (这里 所说的分子是指广义的分子，包括原子、自由基及离子、原子团等)。它与物理 批注 [h2]: 化学与物理学的 科学不同，所研究的范围不包括原子核或其他基本粒子。物理化学作为化学科 区别 学的一个分支，是研究物质分子转变的最基本、最普遍规律的一门科学。那么， 为什么称为物理化学呢，大家知道，物理与化学的联系是非常紧密的，在化学 变化的同时，总是伴随着物理变化。比如随着反应的进行，将同时伴随着温度 的变化、压力的变化、体积的变化、热效应、电效应、光效应等。反过来，当 温度、压力、体积变化或者外加光照、电磁场时，也将对化学反应有很明显的 影响。物理化学正是从这些与化学反应有紧密联系的物理现象入手，用物理学 的原理和方法来探讨更高一级的化学变化的基本规律。 具体地讲，物理化学主要是研究和解决以下几方面的问题： 批注 [h3]: 物理化学研究的 (1)化学变化的方向和限度问题 问题之一 我们总是希望用尽量少的原料通过化学反应得到较多的人们所需要的产 2 品。因此，对于所希望进行的化学反应，我们首先应该知道：在所处的环境下， 这个反应能不能自动地向我们所要求的方向进行；如果能够自发地向我们所希 望的方向进行的话，它最终进行到什么程度才能达到平衡：外界条件(如温度、 压力、浓度等)对反应平衡有什么影响；如何控制这些外部条件，使反应向我们 所希望的方向进行；反应过程中的能量关系如何等等。因为对于这些问题的研 究是以物理学中的热力学为基础的，所以称为化学热力学： 批注 [h4]: 物理化学研究的 (2)化学反应的速率与机理问题 问题之一 用化学热力学判断能够进行的反应，实际上并不一定就能很快反应。例如 氢气与氧气化合生成水的反应，由热力学数据可以判断这个反应的趋势是基本 可以进行到底。但根据反应条件的不同，可能会出现：在有限的时间内看不到 有水生成、爆炸、以一定的速度进行 (人为控制时)等几种情况。 因此，对于一个化学反应仅仅知道其方向和限度还不够，还需要弄清反应 的速率如何；反应的具体机理是什么；影响反应速率和机理的因素有哪些。反 应