化学热力学基础-吉林建筑大学基础科学部.PPT

第一章 化学热力学基础 绪 论 一、物理化学的概念 物理化学是化学的一个分支。是从物质的物理现象和化学现象联系入手，应用物理学的观察、测量和数学处理方法来探讨化学变化基本规律的学科。 第一章 化学热力学基础 第一章 化学热力学基础 二、物理化学的发展史 1、 18世纪开始，对燃烧现象的认识和利用燃烧反应产生的热作为动力的蒸汽机的产生，促进了热力学和热化学的研究； 第一章 化学热力学基础 2、19世纪，伏特发明电池和法拉第发现电解定律促进了电化学的发展； 3、英国科学家古德贝格雷厄姆提出的胶体概念促进了胶体化学的发展； 第一章 化学热力学基础 4、到了19世纪70年代，德国化学家 Ostwald和荷兰化学家 Van‘t Hoff 创刊的《物理化学杂志》，标志着物理化学这一学科正式成立。 5、20世纪20～40年代是结构化学领先发展的时期，这时的物理化学研究已深入到微观的原子和分子世界，改变了对分子内部结构的复杂性茫然无知的状况 。 6、1926年，量子力学研究的兴起，不但在物理学中掀起了高潮，对物理化学研究也给以很大的冲击。 第一章 化学热力学基础 7、物理化学发展过程中，研究人员比较重视宏观物质和分子分散系统的微观系统研究，对分子分散集体构成的介观领域（如胶体和粗分散系统）有所研究，但侧重在液相和气相分散系统，而对固相分散系统重视不够。 20世纪80年代以后，人们才对这个领域重视起来。 目前，三维尺寸在1-1000nm的纳米系统已经成为材料、化学、物理等学科的前沿研究热点。 第一章 化学热力学基础 三、物理化学的研究内容和应用 一般公认的物理化学的研究内容大致可以概括为三个方面： 化学体系的宏观平衡性质 以热力学三个基本定律为理论基础，研究宏观化学体系在气态、液态、固态、溶解态以及高分散状态的平衡物理化学性质及其规律性。在这一情况下，时间不是一个变量。属于这方面的物理化学分支学科有化学热力学、溶液、胶体和表面化学。 化学体系的动态性质 研究由于化学或物理因素的扰动而引起体系中发生的化学变化过程的速率和变化机理。在这一情况下，时间是重要的变量。属于这方面的物理化学分支学科有化学动力学、催化、光化学和电化学。 第一章 化学热力学基础 化学体系的微观结构和性质 以量子理论为理论基础，研究原子和分子的结构，物体的体相中原子和分子的空间结构、表面相的结构，以及结构与物性的规律性。属于这方面的物理化学分支学科有结构化学和量子化学。 四、介绍《给水排水物理化学》研究对象 五、物理化学的学习方法 第一章 化学热力学基础 §1.1 热力学的研究对象一. 热力学的发展 化学热力学是物理化学和热力学的一个分支学科，它主要研究物质系统在各种条件下的物理和化学变化中所伴随着的能量变化，从而对化学反应的方向和进行的程度作出准确的判断 。 热力学(thermodynamics)一词的意思是热(thermo)和动力(dynamics)，既由热产生动力，反映了热力学起源于对热机的研究。 从十八世纪末到十九世纪初开始，随着蒸汽机在生产中的广泛使用，如何充分利用热能来推动机器作工成为重要的研究课题。 詹姆斯·瓦特（1736.1— 1819.8），英国著名的发明家，工业革命时的重要人物。1776年制造出第一台有实用价值的蒸汽机。以后又经过一系列重大改进，使之成为“万能的原动机”，在工业上得到广泛应用。 第一章 化学热力学基础 1824年，法国陆军工程师Nicholas Léonard Sadi Carnot发表了 “ 关于火的动力研究” 的论文。 他通过对自己构想的理想热机的分析得出结论：热机必须在两个热源之间工作，理想热机的效率只取决与两个热源的温度，工作在两个一定热源之间的所有热机，其效率都超不过可逆热机，热机在理想状态下也不可能达到百分之百。这就是卡诺定理。 第一章 化学热力学基础 第一章 化学热力学基础 迈尔（Mayer，1814～1878）德国医生，物理学家，热力学的先驱，能量守恒定律的发现者之一。18世纪末19世纪前半叶，迈尔、焦耳和亥姆霍兹被认为独立地发现能量守恒定律的重要三人。 第一章 化学热力学基础 第一章 化学热力学基础 1851年，英国物理学家 Lord Kelvin(开尔文) (1824-l907)指出，不可能从单一热源取热使之完全变为有用功而不产生其他影响。这是热力学第二定律的另一种说法。 1853年，他把能量转化与物系的内能联系起来，给出了热力学第一定律的数学