-
第一章热力学第一定律
本章内容包括热力学的基本概念：体系、环境、热力学平衡态、状态函数、过程、途径、热和功，热力学第一定律的基本内容及应用。
-
●1.1绪论
物理化学是从物质的物理现象和化学现象的联系入手，借助数学、物理学等基础学科的理论及其提供的实验方法，来研究化学变化中具有普遍性的基本规律的学科。
-
●1.2热力学概论
热力学研究各种物理和化学过程中的能量效应，研究在一定条件下，某种过程进行的方向和限度问题。
-
●1.3系统与环境
系统：热力学中，将研究对象称为体系或系统。热力学系统是大量微观粒子构成的宏观体系。
环境：系统之外与系统密切相关的周围部分称为环境。系统与环境之间可以有明显的界面，也可以是想象的界面。 -
●1.4状态函数与状态方程
状态函数：系统性质的数值又决定于系统的状态，它们是系统状态的单值函数，所以系统的性质又称状态函数。
-
●1.5有得必有失 ---- 热力学第一定律
热力学第一定律是能量守恒和转化定律在热力学范畴的表述，它是人类长期实践的经验总结。热力学第一定律有多种表述形式，∆U=Q-W 是其数学表达式
-
●1.6体积功
体系由于体积变化所做的功为体积功。功不是状态函数，不同的过程，体系做的功不同。可逆过程体系做最大功。
-
●1.7可逆过程
体系经一过程从一状态变为另一状态，当体系经原过程逆向返回起始状态时，环境也完全复原，则该过程称为可逆过程。可逆过程的特点是：过程的任一瞬间，体系都无限接近于平衡态；体系在可逆过程中做最大功；完成该过程的时间无限长。由此可见，可逆过程为一理想过程，现实中只有一些近似的可逆过程。
-
●1.8焓
从热力学第一定律可以导出一个新的热力学函数焓。焓是体系的状态函数。封闭体系经历一非体积功为零的恒压过程，其焓的增量等于恒压热效应，即∆H=Qₚ。焓的引出给处理许多物理和化学问题时带来极大方便。
-
●1.9热容
一个无化学变化和相变化的封闭体系，经历非体积功为零的过程，其吸收的热δQ和温度的变化dT之比，被称为该体系的热容（C）。热容与过程有关。常用的有恒容热容CV和恒压热容Cp。
-
●1.10热力学第一定律的应用
实际气体经节流膨胀后，H不发生变化。气体节流膨胀时温度随压力的变化率称为焦耳一汤姆逊系数，μ=(∂T/∂P) 。当μ﹥0时，气体经节流膨胀后温度降低；μ＜0时，温度则升高。
-
第二章热力学第二定律
本章内容包括热力学第二定律的三种说法及应用，熵、赫姆霍兹函数、吉布斯函数等概念以及熵的本质，热力学重要函数的应用。
-
●2.1概述
热力学第一定律只能说明自然界各种能量之间的转换是守恒的，却不能说明这一定条件下，什么过程可以自发地进行，什么过程不能自发地进行，在一个过程发生后它又会在什么时候停止。这个问题的答案需要从热力学第二定律中去寻找。
-
●2.2自发过程的特征
无需借助外力就可以自动发生的过程称为自发过程。自发过程的逆过程是非自发过程。非自发过程并非不能进行的过程。关键是要借助外力方能发生。
-
●2.3覆水难收---- 热力学第二定律
开尔文表述“不可能从单一热源取热使之完全变为功而不产生其它变化”。克劳修斯表述“热不能自动地由低温热源传到高温热源而不发生其它变化”。两种表述都断言：一切实际过程都是不可逆的。
-
●2.4卡诺循环
为了研究热机实际效率的极限，卡诺提出了由等温膨胀，绝热膨胀，等温压缩和绝热压缩四个过程构成，且热机的工作介质为理想气体，舍弃与热机工作过程无关的辅助和次要因素的的循环过程。
-
●2.5熵
熵是热力学中重要的状态函数之一，记做S。它的意义是：
S=k㏑Ω
式中k是玻耳茨曼常数，Ω是混乱度，即体系在一定宏观状态下可能实现的微观状态数。熵是容量性质的状态函数，这是联系微观与宏观的桥梁。熵变的定义是：
dS=δQR/T
即体系的熵的变化对应于一个可逆过程的热温商。 -
●2.6熵增原理
封闭系统经历任一绝热过程后熵永不减少。
-
●2.7吉布斯能和亥姆霍兹能
定义
F=U-TS
G=H-TS
=F+pV -
●2.8自发变化方向和限度的判据
熵判据 克劳修斯不等式：dS≧δQ/T
-
●2.9非平衡态热力学简介
非平衡热力学也称不可逆过程热力学， 经典热力学是以“可逆过程”和平衡态的概念为基础的，但在 实际的物理、化学变化绝大多数是不可逆过程，系统处在非平衡态。而用新的热力学理论来解决这些实际过程，即为不可逆过程热力学。一切不可逆过程都是系统某一性质在物系内部的输运过程，其原因是系统的相应的另一性质的不均匀性，如温差引起热传导、浓差引起扩散等现象。不可逆过程热力学的基本概念是熵产生率(物系内相邻单位时间的熵产生)。
-
第三章相平衡
本章节通过对相律的介绍，分析并解释了单组分，二元气-液、二元液-固相图的具体应用。
-
●3.1概述
要描述一个相平衡系统，可通过系统的性质（如沸点、蒸气压、溶解度等）与外界条件（温度、压力）及系统组成之间的函数关系来表示。相律是反映平衡系统中相数、独立组分数与自由度等变量之间关系的定律，只适用于相平衡系统。
-
●3.2相平衡基本概念
系统内部物理性质与化学性质完全均匀的部分称为相；用以确定平衡系统中所有各相组成所需的最少数目的独立物质称为独立组分数，简称组分数；在不引起旧相消失和新相产生的前提下，可以在一定范围内变动的独立变量称独立可变因素，其数目为自由度。
-
●3.3相律
相律是关于平衡体系中的组分数、相数、自由度及影响相平衡的外界因素（如T、p等）之间定量关系的规律。其常用形式为：
f=k-φ+2 -
●3.4被蒸汽烫伤更严重
水的相图为单组分体系中的最简单相图之一。对于单组分体系，如果在一定温度与压力下固态只出现一种晶形，则具有类似于水的相图的基本形状。可能出现的差异是固液平衡线的斜率为正值，即压力增大，熔点升高。
-
●3.5超临界
超临界气体，是指超出物质气液的临界温度、临界压力、临界容积状态的气体。处于超临界状态的气体性质已经完全不同于它在常温常压下的性质。如它具有与液体相近的密度、表面张力很小（几乎接近0）、导热系数比常压气体大、粘度低等性质，并且很容易通过压力的调节来控制。
-
●3.6Clapeyron方程
单组分体系两相平衡共存时f＝1，变量T与p的定量关系式即为克拉贝龙方程：
d㏑p/dT=∆Hm/T∆Vm
其中∆Hm和∆Vm分别为摩尔相变焓和摩尔相变体积，该式适用于纯物质的任意两相平衡。 -
●3.7蒸馏和精馏
二组分体系相图的类型较多，从物态上划分，大致有以下四类：固-液体系；液-液体系；液-气体系和固-气体系。在实际讨论中关注的是前三类体系的最基本、最典型的相图。利用这些相图可以进行二组分体系的提取分离例如蒸馏和精馏。
-
●3.8白金和18K白金是一样的吗？
白金是金属Pt单质，而18K白金是由按一定比例构成的金-银固溶体。固溶体由两种物质组成，不同于一般的固体混合物，固溶体是单相体系。
-
●3.9水盐体系
水盐体系是典型的固-液二元系统。通过水盐相图的应用，可以获得不同温度的冷冻液，或者确定最优的粗盐提纯方法。
-
第四章电化学
水盐体系是典型的固-液二元系统。通过水盐相图的应用，可以获得不同温度的冷冻液，或者确定最优的粗盐提纯方法。
-
●4.1概述
电化学是研究两类导体形成的带电界面现象及其上所发生的变化的科学。电化学在化工、冶金、机械、电子、航空、航天、轻工、仪表、医学、材料、能源、金属腐蚀与防护、环境科学等科技领域获得了广泛的应用。
-
●4.2电化学基本概念
金属是最常见的一类导体。金属中的原子核和内层电子构成原子实，规则地排列成点阵，而外层的价电子容易挣脱原子核的束缚而成为自由电子，它们构成导电的载流子。金属导电过程中不引起化学反应，也没有显著的物质转移，称为第一类导体。电解质的溶液或称为电解液的熔融电解质也是导体，其载流子是正负离子。电解液在通电过程中伴随有化学变化，且有物质的转移，称为第二类导体。它常应用于电化学工业，如电解提纯、电镀等。
-
●4.3电导和电导率
电导定义： G=1/R
电导G是导体导电能力大小的量度，是电阻的倒数，单位为S（西门子）或 －1（欧姆－1）。电导的大小与导体的横截面积A成正比，与导体的长度l成反比，。对电解质溶液来说，l是电解池中两平行电极间的距离，A是电极面积，l/A称为电导池常数。 -
●4.4水的纯度
纯水指的是不含杂质的H2O。从学术角度讲，纯水又名高纯水，是指化学纯度极高的水。可以采用反渗透方法将自来水中的盐类（主要是溶于水的强电解质）除去或降低到一定程度制得纯度较高的饮用水。
-
●4.5金属的电化学腐蚀
电化学腐蚀，指金属表面与离子导电的介质发生电化学反应而产生的破坏。在反应过程中有电流产生，腐蚀金属表面上存在着阴极和阳极。
-
●4.6金属防腐
金属防腐方法指采用一定的防腐蚀技术和措施，延长金属材料及其制品的使用寿命、保证机件正常安全运行的方法。
-
第五章表面化学
本章节介绍了表面张力的概念，以及表面活性剂的定义及其重要作用。
-
●5.1表面和界面
两相间厚度约几个分子层厚的薄层，称为界面层。
-
●5.2“表里不一” ---- 表面张力的定义
由于分子在界面上与在体相内部所处环境不同，因此表面组成、结构、能量和受力情况与体相不同。在等温、等压和组成不变的情况下，每增加单位表面积时体系吉布斯能的增量称表面自由能。表面吉布斯能是单位面积上表面分子比相同数量的体相分子多出的能量，即把这些体相分子变成表面分子时环境所做的功。
表面张力是一种表面收缩力，它的方向和表面相切，垂直作用在表面上的任意一条线段。表面张力和表面吉布斯能物理意义不同，单位不同，但有相同的数值和量纲。使用时习惯采用表面张力的名称，而在分析表面现象时更多地使用表面吉布斯能的概念。 -
●5.3附加压力 ---- 弯曲液面
弯曲表面下的液体受到一个指向曲面圆心的附加压力Δp，对于凹液面，Δp的方向指向液体外部，使液内压力减小；对于凸液面，Δp的方向指向液体内部，使液内压力增大。
-
●5.4会自动爬高的水柱
毛细管现象是由曲面附加压力引起的。和毛细管壁不润湿的液体（凸液面，r > 0 ），毛细管内液面由于受到向下的附加压力而下降；能够润湿毛细管壁的液体（凹液面，r < 0），毛细管内液面由于受到向上的附加压力而上升。
-
●5.5静脉注射时为什么要先排空气泡
毛细管现象是由曲面附加压力引起的。和毛细管壁不润湿的液体（凸液面，r > 0 ），毛细管内液面由于受到向下的附加压力而下降；能够润湿毛细管壁的液体（凹液面，r < 0），毛细管内液面由于受到向上的附加压力而上升。
-
●5.6表面活性剂
表面活性剂是能使界面张力显著降低的一类物质。低浓度时，表面活性剂在界面上定向排列；高浓度时，在溶液中形成胶团。形成胶团的最低浓度称临界胶团浓度（CMC），此时溶液的很多性质发生突变。
-
●5.7润 湿 作 用
当固体也液体接触是，原来的固-气、液-气界面消失形成了新的固-液界面，这一过程称为润湿。当中溶液中加入表面活性剂后，由于表面活性剂具有降低气-液界面张力和液-固界面张力的作用，会改变上述受力关系，例如可以是水滴在石蜡表面铺展。
-
●5.8起 泡 作 用
气体分散在液体中的状态称为气泡。泡沫产生后因为气/液表面积大大增加，使得系统变得不稳定。当溶液中加入表面活性剂后，表面活性剂分子吸附在气/液界面，不但降低了表面张力，而且形成一层具有一定力学强度的单分子薄膜从而使泡沫不易破裂。
-
●5.9增 溶 作 用
增溶作用指在水溶液中非表面活性剂的浓度达到临界胶束浓度时，可使难溶或不溶于水的有机物的溶解度大大增加的现象。增溶量与表面活性剂和被增溶物的结构特点、温度、有机和无机添加物的加人等因素有关。
-
●5.10乳 化 作 用
乳化作用是指乳化剂是使不相容的油、水两相乳化形成相对稳定的乳状液的过程 。形成乳状液所用的乳化剂绝大多数是表面活性剂，能在油/水界面形成薄膜从而降低其表面张力。
-
●5.11洗 涤 作 用
洗涤作用是表面活性剂应用最早，涉及范围最广，在工农业生产以及人类日常生活中具有重大实用意义的基本作用。洗涤作用除了表面活性剂的表面活性作用还包括助剂的化学作用，是个非常复杂的过程。
-
第六章胶体
本章节介绍了胶体的定义及其特性，以及胶体的性质和稳定的机理。应用相关性质分析了日常生活中的常见现象。
-
●6.1概述
胶体是物质以一定分散度存在的一种状态。当物质粒子粒径分散至107～109 m范围内时，就形成胶体分散体系。
-
●6.2胶体的分类和基本特征
根据分散相与分散介质间亲合力的不同，胶体分为亲液胶体和憎液胶体。前者是大分子化合物的真溶液，不存在相界面，是一热力学稳定体系；后者其粒子由很大数目的分子构成，具有很大的相界面，是热力学不稳定体系。从上世纪五十年代起，把“亲液胶体”改称“大分子溶液”，把“憎液胶体”称为“胶体分散体系”或“溶胶”。
胶体具有分散性、多相性和聚结不稳定性等特性，这些特性是胶体化学区别其它学科的重要标志。 -
●6.3溶胶的动力学性质
溶胶的动力性质主要指溶胶粒子在介质中的无规则运动产生的扩散现象与渗透现象，以及重力场和离心力场对粒子运动的影响。通过对溶胶动力性质的研究可以得知溶胶粒子的大小、形状、及其聚沉的原因。
-
●6.4雾 霾
气溶胶是以气体为分散介质的分散体系。气溶胶的分散相可以是液体，也可以是固体，雾和霾就是液体和固体分别分散在气体中形成的气溶胶。
-
●6.5胶体的光学性质
溶胶的光学性质是指当一束光线射向溶胶时，根据粒子的大小，光可以被吸收、散射或者反射。胶体分散体系的粒径小于光的波长，因此溶胶对可见光具有散射作用，丁达尔现象就是由于溶胶粒子对光的散射引起的。
-
●6.6身边的光散射
光散射现象无论在经典光学还是现代光学中都是普遍存在的。光散射技术同样广泛存在人们的日常生活中。本小节通过介绍光散射的基本规律解释了老电影等常见的光散射现象。
-
●6.7溶胶的电学性质（一）
溶胶的电学性质是指溶胶粒子表面带有电荷，具有电动现象。在一定条件下，胶体粒子带电是溶胶得以稳定的重要原因之一。因此，电动现象的研究不仅开拓了溶胶的许多实际应用领域，而且还为溶胶稳定性理论的发展奠定了基础。
-
●6.8溶胶的电学性质（二）
溶胶的电学性质是指溶胶粒子表面带有电荷，具有电动现象。在一定条件下，胶体粒子带电是溶胶得以稳定的重要原因之一。因此，电动现象的研究不仅开拓了溶胶的许多实际应用领域，而且还为溶胶稳定性理论的发展奠定了基础。
-
●6.9乳液及其制备方法
乳状液和泡沫是以液体为分散介质的分散体系。乳状液分散相的直径为1107 1104 m，属于粗分散体系。乳状液有O/W型和W/O型两种，另外还有多重乳剂和微乳状液。乳化剂在乳状液和泡沫的制备和破坏过程中起着重要作用。
-
●6.10乳液的制备方法----鱼丸子
两种互不相溶的液体，在有乳化剂存在的条件下一起震荡或搅拌，一个液相会被粉碎成液滴分散在另一液相中形成稳定的乳状液。其中乳化剂的作用在于不使有机质分散所得的液体相互聚结。