物理化學緒論

看書先看序言,看看作者相對讀者說些什么。對于以前容易忽視的緒論,我現在采用的是只字不差地閱讀法,并且嘗試與已有的知識建立體系。對于新內容,嘗試梳理結構,當這樣做的時候,我發現其實我們尊敬的作者,在很努力地向我們打開一扇門,介紹給我們其中的主要脈絡,推薦給我們學習方法,介紹這門課的重要性以及與我們生活的關系。為什么我以前就從來沒感受到作者的苦口婆心呢?

0.1 物理化學——一門無處不在的學科

化學與我們的生活聯系非常緊密,我們吃(食品加工、除菌、保鮮)、穿(染料、洗衣液)、住(空調與制冷、墻面漆)、行(汽油的生產、燃燒過程)都離不開化學。

物理化學是化學的理論基礎,就是用物理的原理和方法來研究化學中最基本的規律和理論。“最基本的”說明物理化學的適用范圍廣,事實上它研究的是普遍適用于各個化學分支的理論問題,它曾經被稱為“理論化學”。

物理化學的形成時間——19世紀下半葉,此時中國發生了什么?

1856-1860 第二次鴉片戰爭,英法勝,俄國漁利,《天津條約》、《北京條約》;

1875-1878 清軍收復新疆之戰,中國勝,收復新疆;

1883-1885 中法之戰,中國不敗而敗,《中法新約》等;

1894-1895 中日甲午戰爭,日本勝,《馬關條約》;

1900,八國聯軍侵華戰爭,《辛丑條約》

此時的資本主義社會在蒸汽機的帶動下駛入了快速行進的軌道,科學與技術都在這一時期得到了高速發展。當時的人們已經對許多化學反應和過程積累了大量的實驗經驗(有哪些呢?),原子-分子學說、氣體分子運動論、元素周期律也已經確立,而蒸汽機的出現和廣泛應用,是人們對熱功轉化有了更深入的認識,這些都為物理化學的形成和發展鋪平了道路。1887年德國科學家 奧斯特瓦爾德(Ostwald W)和荷蘭科學家 范特霍夫(van't Hoff J H)聯合創辦了德文的《物理化學雜志》,標志著這一學科的誕生。

人們從一開始最關心的化學問題,就是“怎樣通過化學反應來經濟合理地生產產品和獲取能量”。

經典物理化學的核心是化學熱力學和化學動力學。

熱力學第一定律是關于能量轉化和守恒的定律,通過它可以計算出 一個反應在特定條件下進行時能夠放出多少或者需要吸收多少能量;

熱力學第二定律是關于過程進行的方向和限度的判據。將它應用于化學過程可以得知一個化學反應是否能夠按照所希望的方向進行,進行到什么程度停止,反應的最終轉化率能夠達到多少;

化學動力學是研究化學反應速率的科學。它揭示出一個化學反應進行的快慢,使人們可以決定是否可以應用這個反應來經濟合理地生產產品或獲取能量。

熱力學和動力學都是在宏觀上的了解,與此同時,人們一直在探索化學變化在微觀上的內在原因,催生出了量子力學和結構化學。量子力學是20世紀對人類社會影響最大的事件,現在廣泛使用的現代光譜、能譜等尖端分析技術(氣相色譜儀?),其理論基礎都是建立在量子力學之上的。

量子力學研究微觀,熱力學研究宏觀,統計力學是兩者之間的橋梁。統計力學從微觀層次闡明了熱力學、動力學的基本定律和熱力學函數的本質以及化學系統的性質和行為,不僅使人們對物質本質及化學過程的認知大大深化,并使計算化學有了飛躍的發展,為人們實現通過計算代替實驗來研究化學的夢想打下了基礎、打開了大門。

化學熱力學、化學動力學、量子力學和統計力學是物理化學的四大基礎。今后的學習要有輪廓,并盡量建立體系。

0.2 學習物理化學的要求及方法

1. 站位要高。

不光工作時站位要高,學習時站位也要高。工作時站位高可以深入理解領導的意圖,看書學習時站位高可以深刻領悟作者的目的。

熱一定律的核心思想就是 如何利用能量轉化與守恒的規律來計算化學中的能量轉化問題。

熱二定律的核心思想就是 如何判斷一個過程進行的方向和限度。如何得到判據,如何通過計算實施判據。

2. 如何對待公式

物理化學中是由公式壘成的,各公式適用范圍不同,如果不加區分,極易混淆。

要認真對待每一個具體的基本概念和公式定理。嘗試自己解題,通過自己思考,產生自己的思想火花,才能將知識變成自己的。

0.3 物理量的表示和計算

物理量的表示,證明了物理化學是一個嚴格定量的學科,在做計算時,一是要使用正確的公式,涉及到高等數學時仔細推導;二是要注意單位的轉換。

書中以 克勞修斯-克拉佩龍方程(克克方程)為例,該方程是在熱力學第二定律的基礎上產生的,用于描述單組分系統在相平衡時壓強隨溫度的變化率。 應用該方程時主要是用其積分形式,但克克方程的積分形式是在假設相變焓△H不隨溫度變化時時得出的,這是其特定使用條件,不能亂用。應用該公式可以解決生活問題:如100kPa時水的沸點100℃,假設相變焓不變,可以求出氣壓低的地方的沸點值。如西藏某地區的大氣壓力為78.5kPa,該地區水的沸點通過計算為92.87℃。

0.4 其他收獲

1. 今天嘗試用Excel做計算,現在會用Excel 進行含有 對數、指數的計算。并且由于Excel的單元格代入功能,計算更加快捷,同時方便局部修改,效率提高。

2. 發現了Google和Wikipedia的強大。 在搜索 克克方程的 工程應用版——安托萬方程時,

百度的結果:


Google的結果(Wikipedia):


在這個問題上,Google和Wikipedia 不僅給出了令人看起來就很服的解釋,而且還給出了針對水的 參數,然后我得以利用這三個參數驗算了課后題。不僅如此,Wikipedia中給出的每個物理量的參數也相當重要。所以。。。

現在的路是對的。

最后編輯于
?著作權歸作者所有,轉載或內容合作請聯系作者
平臺聲明:文章內容(如有圖片或視頻亦包括在內)由作者上傳并發布,文章內容僅代表作者本人觀點,簡書系信息發布平臺,僅提供信息存儲服務。

推薦閱讀更多精彩內容