物理化学绪论

看书先看序言,看看作者相对读者说些什么。对于以前容易忽视的绪论,我现在采用的是只字不差地阅读法,并且尝试与已有的知识建立体系。对于新内容,尝试梳理结构,当这样做的时候,我发现其实我们尊敬的作者,在很努力地向我们打开一扇门,介绍给我们其中的主要脉络,推荐给我们学习方法,介绍这门课的重要性以及与我们生活的关系。为什么我以前就从来没感受到作者的苦口婆心呢?

0.1 物理化学——一门无处不在的学科

化学与我们的生活联系非常紧密,我们吃(食品加工、除菌、保鲜)、穿(染料、洗衣液)、住(空调与制冷、墙面漆)、行(汽油的生产、燃烧过程)都离不开化学。

物理化学是化学的理论基础,就是用物理的原理和方法来研究化学中最基本的规律和理论。“最基本的”说明物理化学的适用范围广,事实上它研究的是普遍适用于各个化学分支的理论问题,它曾经被称为“理论化学”。

物理化学的形成时间——19世纪下半叶,此时中国发生了什么?

1856-1860 第二次鸦片战争,英法胜,俄国渔利,《天津条约》、《北京条约》;

1875-1878 清军收复新疆之战,中国胜,收复新疆;

1883-1885 中法之战,中国不败而败,《中法新约》等;

1894-1895 中日甲午战争,日本胜,《马关条约》;

1900,八国联军侵华战争,《辛丑条约》

此时的资本主义社会在蒸汽机的带动下驶入了快速行进的轨道,科学与技术都在这一时期得到了高速发展。当时的人们已经对许多化学反应和过程积累了大量的实验经验(有哪些呢?),原子-分子学说、气体分子运动论、元素周期律也已经确立,而蒸汽机的出现和广泛应用,是人们对热功转化有了更深入的认识,这些都为物理化学的形成和发展铺平了道路。1887年德国科学家 奥斯特瓦尔德(Ostwald W)和荷兰科学家 范特霍夫(van't Hoff J H)联合创办了德文的《物理化学杂志》,标志着这一学科的诞生。

人们从一开始最关心的化学问题,就是“怎样通过化学反应来经济合理地生产产品和获取能量”。

经典物理化学的核心是化学热力学和化学动力学。

热力学第一定律是关于能量转化和守恒的定律,通过它可以计算出 一个反应在特定条件下进行时能够放出多少或者需要吸收多少能量;

热力学第二定律是关于过程进行的方向和限度的判据。将它应用于化学过程可以得知一个化学反应是否能够按照所希望的方向进行,进行到什么程度停止,反应的最终转化率能够达到多少;

化学动力学是研究化学反应速率的科学。它揭示出一个化学反应进行的快慢,使人们可以决定是否可以应用这个反应来经济合理地生产产品或获取能量。

热力学和动力学都是在宏观上的了解,与此同时,人们一直在探索化学变化在微观上的内在原因,催生出了量子力学和结构化学。量子力学是20世纪对人类社会影响最大的事件,现在广泛使用的现代光谱、能谱等尖端分析技术(气相色谱仪?),其理论基础都是建立在量子力学之上的。

量子力学研究微观,热力学研究宏观,统计力学是两者之间的桥梁。统计力学从微观层次阐明了热力学、动力学的基本定律和热力学函数的本质以及化学系统的性质和行为,不仅使人们对物质本质及化学过程的认知大大深化,并使计算化学有了飞跃的发展,为人们实现通过计算代替实验来研究化学的梦想打下了基础、打开了大门。

化学热力学、化学动力学、量子力学和统计力学是物理化学的四大基础。今后的学习要有轮廓,并尽量建立体系。

0.2 学习物理化学的要求及方法

1. 站位要高。

不光工作时站位要高,学习时站位也要高。工作时站位高可以深入理解领导的意图,看书学习时站位高可以深刻领悟作者的目的。

热一定律的核心思想就是 如何利用能量转化与守恒的规律来计算化学中的能量转化问题。

热二定律的核心思想就是 如何判断一个过程进行的方向和限度。如何得到判据,如何通过计算实施判据。

2. 如何对待公式

物理化学中是由公式垒成的,各公式适用范围不同,如果不加区分,极易混淆。

要认真对待每一个具体的基本概念和公式定理。尝试自己解题,通过自己思考,产生自己的思想火花,才能将知识变成自己的。

0.3 物理量的表示和计算

物理量的表示,证明了物理化学是一个严格定量的学科,在做计算时,一是要使用正确的公式,涉及到高等数学时仔细推导;二是要注意单位的转换。

书中以 克劳修斯-克拉佩龙方程(克克方程)为例,该方程是在热力学第二定律的基础上产生的,用于描述单组分系统在相平衡时压强随温度的变化率。 应用该方程时主要是用其积分形式,但克克方程的积分形式是在假设相变焓△H不随温度变化时时得出的,这是其特定使用条件,不能乱用。应用该公式可以解决生活问题:如100kPa时水的沸点100℃,假设相变焓不变,可以求出气压低的地方的沸点值。如西藏某地区的大气压力为78.5kPa,该地区水的沸点通过计算为92.87℃。

0.4 其他收获

1. 今天尝试用Excel做计算,现在会用Excel 进行含有 对数、指数的计算。并且由于Excel的单元格代入功能,计算更加快捷,同时方便局部修改,效率提高。

2. 发现了Google和Wikipedia的强大。 在搜索 克克方程的 工程应用版——安托万方程时,

百度的结果:


Google的结果(Wikipedia):


在这个问题上,Google和Wikipedia 不仅给出了令人看起来就很服的解释,而且还给出了针对水的 参数,然后我得以利用这三个参数验算了课后题。不仅如此,Wikipedia中给出的每个物理量的参数也相当重要。所以。。。

现在的路是对的。

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