物理化學(xué)緒論(大專)

物理化學(xué)的基本內(nèi)容物理化學(xué)的研究方法物理化學(xué)的量和單位物理化學(xué)課程教學(xué)的基本要求教學(xué)指導(dǎo)教學(xué)要點(diǎn)

著重闡明物理化學(xué)基本內(nèi)容，介紹物理化學(xué)的學(xué)習(xí)方法。教學(xué)內(nèi)容物理化學(xué)的基本內(nèi)容物理化學(xué)的研究方法物理化學(xué)的量和單位物理化學(xué)課程教學(xué)的基本要求物理化學(xué)的基本內(nèi)容

物理化學(xué)的基本內(nèi)容包括：化學(xué)熱力學(xué)、量子力學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)、統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)、界面現(xiàn)象、化學(xué)動(dòng)力學(xué)、膠體分散系統(tǒng)與粗分散系統(tǒng)、電解質(zhì)溶液與電化學(xué)系統(tǒng)等。但就內(nèi)容范疇及研究方法來說，可以概括為以下五個(gè)主要方面：

1.化學(xué)熱力學(xué)

化學(xué)熱力學(xué)研究的對(duì)象是由大量粒子(原子、分子或離子)組成的宏觀物質(zhì)系統(tǒng)。它主要以熱力學(xué)第一、第二定律為理論基礎(chǔ)，引出或定義了系統(tǒng)的熱力學(xué)能(U)、焓(H)、熵(S)、亥姆霍茲函數(shù)(A)、吉布斯函數(shù)(G)，再加上可由實(shí)驗(yàn)直接測(cè)定的系統(tǒng)的壓力(p)、體積(V)、溫度(T)等熱力學(xué)參量共八個(gè)最基本的熱力學(xué)函數(shù)。應(yīng)用演繹法，經(jīng)過邏輯推理，推導(dǎo)出一系列的熱力學(xué)公式及結(jié)論(作為熱力學(xué)基礎(chǔ))。而將這些公式或結(jié)論應(yīng)用于物質(zhì)系統(tǒng)的p,V，T變化、相變化(物質(zhì)的聚集態(tài)變化)、化學(xué)變化等物質(zhì)系統(tǒng)的變化過程，解決這些變化過程的能量效應(yīng)(功與熱)和變化過程的方向與限度等問題，亦即研究解決有關(guān)物質(zhì)系統(tǒng)的熱力學(xué)平衡的規(guī)律(構(gòu)成化學(xué)熱力學(xué))。

19世紀(jì)初葉蒸汽機(jī)已在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，1824年法國(guó)年輕工程師卡諾(CarnotS)設(shè)計(jì)了一部理想熱機(jī)，研究了熱機(jī)效率即熱轉(zhuǎn)化為功的效率問題，為熱力學(xué)第二定律的建立奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。此后(1850—1851年)克勞修斯(ClausiusRJE)和開爾文(KelvinL)分別對(duì)熱力學(xué)第二定律作出了經(jīng)典表述；

1876年吉布斯(GibbsJW)推導(dǎo)出相律，奠定了多相系統(tǒng)的熱力學(xué)理論基礎(chǔ)；1884年范特荷夫(van‘tHoffJH)創(chuàng)立了稀溶液理論并在化學(xué)平衡原理方面作出貢獻(xiàn)；

1906年能斯特(NernstW)發(fā)現(xiàn)了熱定理進(jìn)而建立了熱力學(xué)第三定律。至此已形成了系統(tǒng)的熱力學(xué)理論。進(jìn)入20世紀(jì)以來，化學(xué)熱力學(xué)已發(fā)展得十分成熟并在化工生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。如有關(guān)酸、堿、鹽生產(chǎn)的基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)以及大規(guī)模的合成NH3工業(yè)、石油化工工業(yè)、煤化工工業(yè)、精細(xì)化工工業(yè)、高分子化工工業(yè)等等的工藝原理，如原料的精制、反應(yīng)條件的確定、產(chǎn)品的分離等無不涉及化學(xué)熱力學(xué)的理論。20世紀(jì)60年代以來，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立以及復(fù)雜的熱力學(xué)計(jì)算提供了極為有利的工具，并為熱力學(xué)的更為廣泛的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。2.量子力學(xué)

量子力學(xué)研究的對(duì)象是由個(gè)別的電子和原子核組成的微觀系統(tǒng)，研究這種微觀系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(包括在指定空間的不同區(qū)域內(nèi)粒子出現(xiàn)的概率以及它的運(yùn)動(dòng)的能級(jí))。實(shí)踐證明，對(duì)微觀粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述不能用經(jīng)典力學(xué)(牛頓力學(xué))，經(jīng)典力學(xué)的理論對(duì)這種系統(tǒng)是無能為力的，這是由微觀粒子的運(yùn)動(dòng)特征所決定的。微觀粒子運(yùn)動(dòng)的三個(gè)主要特征是能量量子化、波粒二象性和不確定關(guān)系。這些事實(shí)決定了電子等微觀粒子的運(yùn)動(dòng)不服從經(jīng)典力學(xué)規(guī)律，它所遵從的力學(xué)規(guī)律構(gòu)成了量子力學(xué)。在量子力學(xué)中用數(shù)學(xué)復(fù)函數(shù)Ψ描述一個(gè)微觀系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，Ψ叫含時(shí)波函數(shù)，它是坐標(biāo)和時(shí)間的函數(shù)，滿足含時(shí)薛定諤方程。解薛定諤方程，可以得到波函數(shù)Ψ的具體形式及微觀粒子運(yùn)動(dòng)的允許能級(jí)。玻恩(Born)假定，

｜Ψ

｜2表示時(shí)間t時(shí)粒子在空間位置(x，y，z)附近的微體積元dτ＝dxdydz內(nèi)的概率密度。

將量子力學(xué)原理應(yīng)用于化學(xué)，探求原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)，從而揭示化學(xué)鍵的本質(zhì)，闡明波譜原理，了解物質(zhì)的性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)的內(nèi)在關(guān)系則構(gòu)成了結(jié)構(gòu)化學(xué)研究的內(nèi)容。3.統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)

統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)就其研究的對(duì)象來說與熱力學(xué)是一樣的，也是研究由大量微觀粒子(原子、分子、離子等)組成的宏觀系統(tǒng)。統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)認(rèn)為，宏觀系統(tǒng)的性質(zhì)必決定于它的微觀組成、粒子的微觀結(jié)構(gòu)和微觀運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，宏觀系統(tǒng)的性質(zhì)所反映的必定是大量微觀粒子的集體行為，因而可以用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，利用粒子的微觀量求大量粒子的統(tǒng)計(jì)平均值進(jìn)而推求宏觀系統(tǒng)的性質(zhì)。

統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)通過粒子的配分函數(shù)q把粒子的微觀性質(zhì)與系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)聯(lián)系起來，用以闡述宏觀系統(tǒng)的平衡規(guī)律以及有關(guān)傳遞過程的規(guī)律。4.化學(xué)動(dòng)力學(xué)

化學(xué)動(dòng)力學(xué)主要研究各種因素，包括濃度、溫度、催化劑、溶劑、光、電等對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率影響的規(guī)律及反應(yīng)機(jī)理。

如前所述，化學(xué)熱力學(xué)是研究物質(zhì)變化過程的能量效應(yīng)及過程的方向與限度；它不研究完成該過程所需要的時(shí)間及實(shí)現(xiàn)這一過程的具體步驟，即不研究有關(guān)速率的規(guī)律；而解決這后一問題的科學(xué)，則稱為化學(xué)動(dòng)力學(xué)。所以，可以概括為：化學(xué)熱力學(xué)是解決物質(zhì)變化過程的可能性的科學(xué)，而化學(xué)動(dòng)力學(xué)則是解決如何把這種可能性變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)性的科學(xué)。一個(gè)化學(xué)制品的生產(chǎn)，必須從化學(xué)熱力學(xué)原理及化學(xué)動(dòng)力學(xué)原理兩方面考慮，才能全面地確定生產(chǎn)的工藝路線和進(jìn)行反應(yīng)器的選型與設(shè)計(jì)?；瘜W(xué)動(dòng)力學(xué)的研究始于19世紀(jì)后半葉。19世紀(jì)60年代，古德堡和瓦格首先提出濃度對(duì)反應(yīng)速率影響的規(guī)律——質(zhì)量作用定律；

1889年阿侖尼烏斯提出活化分子和活化能的概念及著名的溫度對(duì)反應(yīng)速率影響規(guī)律的阿侖尼烏斯方程，從而構(gòu)成了宏觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的內(nèi)容。這期間，化學(xué)動(dòng)力學(xué)規(guī)律的研究主要依靠實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

20世紀(jì)初化學(xué)動(dòng)力學(xué)的研究開始深入到微觀領(lǐng)域，1916—1918年，路易斯提出了關(guān)于元反應(yīng)的速率理論——簡(jiǎn)單碰撞理論；1930—1935年，在量子力學(xué)建立之后，艾琳(右圖)、鮑蘭義等提出了元反應(yīng)的活化絡(luò)合物理論，試圖利用反應(yīng)物分子的微觀性質(zhì)從理論上直接計(jì)算反應(yīng)速率。20世紀(jì)60年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及分子束實(shí)驗(yàn)技術(shù)的開發(fā)，把反應(yīng)速率理論的研究推向分子水平，使其發(fā)展成為微觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)(或叫分子反應(yīng)動(dòng)態(tài)學(xué))。但總的來說，化學(xué)動(dòng)力學(xué)理論的發(fā)展與解決實(shí)際問題的需要仍有較大的差距，遠(yuǎn)不如熱力學(xué)理論那樣成熟，有待進(jìn)一步的發(fā)展。5.界面現(xiàn)象與分散性質(zhì)

物質(zhì)在通常條件下，以氣、液、固等聚集狀態(tài)存在。當(dāng)兩種或兩種以上聚集態(tài)共存時(shí)，則在不同聚集態(tài)(相)間形成界面層，它是在兩相之間形成的厚度約為幾個(gè)分子大小的一薄層。由于界面層上不對(duì)稱力場(chǎng)的存在，產(chǎn)生了與本體相不同的許多新的性質(zhì)——界面性質(zhì)。若將物質(zhì)分散成細(xì)小微粒構(gòu)成高度分散的物質(zhì)系統(tǒng)或?qū)⒁环N物質(zhì)分散在另一種物質(zhì)之中形成非均相的分散系統(tǒng)，則會(huì)產(chǎn)生許多界面現(xiàn)象。如日常生活中我們接觸到的晨光、夕霞，彩虹、閃電，烏云、白霧，雨露、冰雹，藍(lán)天、碧海，冰山、雪地，沙漠、草原，黃水、綠洲等自然現(xiàn)象和景觀，以及生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中常遇到的紡織品的染色、防止粉塵爆炸、灌水采油、浮選礦石、防毒面具防毒、固體催化劑加速反應(yīng)、隱形飛機(jī)表層的納米材料涂層、分子篩和膜分離技術(shù)等等，這些應(yīng)用技術(shù)都與界面性質(zhì)及分散性質(zhì)有關(guān)?？傊?，有關(guān)界面性質(zhì)和分散性質(zhì)的理論與實(shí)踐被廣泛地應(yīng)用于石油工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、輕工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、催化化學(xué)、海洋學(xué)、水利學(xué)、礦冶以及環(huán)境科學(xué)等多種領(lǐng)域。

現(xiàn)代物理化學(xué)發(fā)展的新動(dòng)向、新趨勢(shì)集中表現(xiàn)在：從平衡態(tài)向非平衡態(tài)，從靜態(tài)向動(dòng)態(tài)，從宏觀向微觀，從體相向表面相，從線性向非線性，從納秒向飛秒發(fā)展，并在材料技術(shù)、能源技術(shù)、生物技術(shù)、海洋技術(shù)、空間技術(shù)、信息技術(shù)、生態(tài)環(huán)境技術(shù)等領(lǐng)域中顯示出靚麗的應(yīng)用前景。物理化學(xué)的研究方法物理化學(xué)是一門自然科學(xué)，一般的科學(xué)研究方法對(duì)物理化學(xué)也是適用的。如事物都是一分為二的，矛盾是普遍存在的，矛盾的對(duì)立與統(tǒng)一這一辯證唯物主義的方法；實(shí)踐、認(rèn)識(shí)、再實(shí)踐這一認(rèn)識(shí)論的方法；以數(shù)學(xué)及邏輯學(xué)為工具通過推理由特殊到一般的歸納及由一般到特殊的演繹的邏輯推理方法；對(duì)復(fù)雜事物進(jìn)行簡(jiǎn)化，建立抽象的理想化模型，上升為理論后，再回到實(shí)踐中對(duì)這種科學(xué)模型加以檢驗(yàn)的方法等等，在物理化學(xué)的研究中被普遍應(yīng)用。

此外，由于學(xué)科本身的特殊性，物理化學(xué)還有自己的具有學(xué)科特征的理論研究方法，這就是熱力學(xué)方法、量子力學(xué)方法、統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)方法，可把它們歸納為以下兩種方法：宏觀方法

熱力學(xué)方法屬于宏觀方法。熱力學(xué)是以由大量粒子組成的宏觀系統(tǒng)作為研究對(duì)象，以經(jīng)驗(yàn)概括出的熱力學(xué)第一、第二定律為理論基礎(chǔ)，引出或定義了熱力學(xué)能、焓、熵、亥姆霍茲函數(shù)、吉布斯函數(shù)，再加上p,V,T這些可由實(shí)驗(yàn)直接測(cè)定的宏觀量作為系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)，利用這些宏觀性質(zhì)，經(jīng)過歸納與演繹推理，得到一系列熱力學(xué)公式或結(jié)論，用以解決物質(zhì)變化過程的能量平衡、相平衡和反應(yīng)平衡等問題。這一方法的特點(diǎn)是不涉及物質(zhì)系統(tǒng)內(nèi)部粒子的微觀結(jié)構(gòu)，只涉及物質(zhì)系統(tǒng)變化前后狀態(tài)的宏觀性質(zhì)。實(shí)踐證明，這種宏觀的熱力學(xué)方法是十分情況。微觀方法

量子力學(xué)方法屬于微觀方法。量子力學(xué)是以個(gè)別的電子、原子核組成的微觀系統(tǒng)作為研究對(duì)象，考察的是個(gè)別微觀粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即微觀粒子在空間某體積微元中出現(xiàn)的概率和所允許的運(yùn)動(dòng)能級(jí)。將量子力學(xué)方法應(yīng)用于化學(xué)領(lǐng)域，得到了物質(zhì)的宏觀性質(zhì)與其微觀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系的清晰圖像。微觀方法與宏觀方法之間的橋梁

統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)方法屬于從微觀到宏觀的方法。統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)方法是在量子力學(xué)方法與熱力學(xué)方法即微觀方法與宏觀方法之間架起的一座金橋，把二者有效地聯(lián)系在一起。

統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)研究的對(duì)象與熱力學(xué)研究的對(duì)象一樣，都是由大量粒子組成的宏觀系統(tǒng)。平衡統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)也是研究宏觀系統(tǒng)的平衡性質(zhì)，但它與熱力學(xué)的研究方法不同，熱力學(xué)是從宏觀系統(tǒng)的一些可由實(shí)驗(yàn)直接測(cè)定的宏觀性質(zhì)p,V,T等出發(fā)，得到另一些宏觀性質(zhì)(熱力學(xué)能、焓、熵、亥姆霍茲函數(shù)、吉布斯函數(shù)等)，所以是從宏觀到宏觀的方法；而統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)則從組成系統(tǒng)的微觀粒子的性質(zhì)(如質(zhì)量、大小、振動(dòng)頻率、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等)出發(fā)，通過粒子的配分函數(shù)并把它作為一個(gè)橋梁與系統(tǒng)的宏觀熱力學(xué)性質(zhì)聯(lián)系起來，用統(tǒng)計(jì)的方法推求系統(tǒng)的宏觀熱力學(xué)性質(zhì)。所以，是從微觀到宏觀的方法，它補(bǔ)充了熱力學(xué)方法的不足，填平了從微觀到宏觀之間難以逾越的鴻溝。

化學(xué)動(dòng)力學(xué)所用的方法則是宏觀方法與微觀方法的交叉、綜合運(yùn)用，用宏觀方法構(gòu)成了宏觀動(dòng)力學(xué)，用微觀方法則構(gòu)成微觀動(dòng)力學(xué)。

對(duì)于高等工程?？茖W(xué)校和高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校的學(xué)生，依據(jù)課程的教學(xué)基本要求，學(xué)習(xí)物理化學(xué)時(shí)只要求掌握熱力學(xué)方法。學(xué)習(xí)物理化學(xué)時(shí)，不但要學(xué)好物理化學(xué)的基本內(nèi)容，即掌握必要的物理化學(xué)基本知識(shí)，而且還要注意方法的學(xué)習(xí)并積極參與實(shí)踐。可以說知識(shí)+方法+實(shí)踐＝創(chuàng)新能力授人以魚，不如授人以漁無知便無能，但有知不一定有能，只有把知識(shí)與方法相結(jié)合才會(huì)培養(yǎng)創(chuàng)造性能力。

教師在教授物理化學(xué)時(shí)應(yīng)當(dāng)把科學(xué)方法的教授放在重要位置。中國(guó)有句俗語，即給人一條魚只能美餐一次，但教給人捕魚的方法卻可使人受用終生。物理化學(xué)的量和單位

1.量、物理量

物理化學(xué)中要研究各種量之間的關(guān)系(如氣體的壓力、體積、溫度間的關(guān)系)，要掌握各種量的測(cè)量和計(jì)算，因此要正確理解量的定義和各種量的量綱和單位。

物質(zhì)世界存在的狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)形式是多種多樣的，既有大小的增減，也有性質(zhì)、屬性的變化。量就是反映這種運(yùn)動(dòng)和變化規(guī)律的一個(gè)最重要的基本概念。一些國(guó)際組織，如國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)、國(guó)際法制計(jì)量組織(OIML)等聯(lián)合制定的《國(guó)際通用計(jì)量學(xué)基本名詞》一書中，把量定義為：“現(xiàn)象、物體或物質(zhì)的可以定性區(qū)別和定量確定的一種屬性。”由此定義可知，一方面，量反映了現(xiàn)象、物體和物質(zhì)在性質(zhì)上的區(qū)別；另一方面，量又反映了屬性的大小、輕重、長(zhǎng)短或多少等概念。

量是物理量的簡(jiǎn)稱，物理化學(xué)中涉及到許多物理量。

2.量的量制與量綱

在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中，約定選取的基本量和相應(yīng)導(dǎo)出量的特定組合叫量制。而量綱是指以量制中基本量的冪的乘積，表示該量制中某量的表達(dá)式。量綱只是表示量的屬性，而不是指它的大小。量綱只用于定性地描述物理量，特別是定性地給出導(dǎo)出量與基本量之間的關(guān)系。

常用符號(hào)表示量綱，如對(duì)量Q的量綱用符號(hào)寫成dimQ所有的量綱因素都規(guī)定用正體大寫字母表示。SI的7個(gè)基本量：長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間、電流、熱力學(xué)溫度、物質(zhì)的量、發(fā)光強(qiáng)度的量綱分別用L，M，T，I，Θ，N和J表示。在SI中，量Q的量綱一般表示為如物理化學(xué)中熵S的量綱為3.量的單位與數(shù)值

從量的定義中可以看出，量有兩個(gè)特征：一是可定性區(qū)別，二是可定量確定。

定性區(qū)別是指量在物理屬性上的差別，按物理屬性可把量分為諸如幾何量、力學(xué)量、電學(xué)量、熱學(xué)量等不同類的量。

定量確定是指確定具體的量的大小。要定量確定，就要在同一類量中，選出某一特定的量作為一個(gè)稱之為單位的參考量，則這一類量中的任何其他量都可用一個(gè)數(shù)與這個(gè)單位的乘積表示，而這個(gè)數(shù)就稱為該量的數(shù)值。由數(shù)值乘單位就稱為某一量的量值。

量可以是標(biāo)量，也可以是矢量或張量。對(duì)量的定量表示，既可使用符號(hào)(量的符號(hào))，也可以使用數(shù)值與單位之積，一般可表示上式中，Q為某一物理量的符號(hào)；［Q

］為物理量Q的某一單位的符號(hào)(用方括號(hào))；而｛Q

｝則是以單位［Q

］表示的量Q的數(shù)值(用花括號(hào))。如體積V＝｛V

｝·［V

］＝10m3，則V是量(體積)的符號(hào)，｛V

｝＝10是數(shù)值，［V

］＝m3是單位，10m3即數(shù)值乘單位。不要把量的單位與量綱相混淆。量的單位是用來確定量的大?。欢烤V只是表示量的屬性而不是指它的大小。如說“體積V的單位為m3”是正確的，若說“體積V的量綱是m3”則是錯(cuò)誤的，只能說“體積V的量綱為dimV=L3”。

4.法定計(jì)量單位

1984年，國(guó)務(wù)院頒布了《關(guān)于在我國(guó)統(tǒng)一實(shí)行法定計(jì)量單位的命令》，規(guī)定我國(guó)的計(jì)量單位一律采用《中華人民共和國(guó)法定計(jì)量單位》；原國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局于1986年及1993年先后頒布了GB3100～3102—86及GB3100～3102—93《量和單位》。國(guó)際單位制(簡(jiǎn)稱SI)是在第11屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)(1960年)上通過的。國(guó)際單位制單位是我國(guó)法定計(jì)量單位的基礎(chǔ)，凡屬國(guó)際單位制的單位都是我國(guó)法定計(jì)量單位的組成部分。

(i)SI基本單位；

(ii)包括SI輔助單位在內(nèi)的具有專門名稱的SI導(dǎo)出單位；

(iii)由于人類健康安全防護(hù)上的需要而確定的具有專門名稱的SI導(dǎo)出單位；

(iv)SI詞頭；

(v)可與國(guó)際單位制并用的我國(guó)法定計(jì)量單位。5.量綱一的量的SI單位

由式dimQ＝LαMβTγIδΘεNζJη，對(duì)于導(dǎo)出量的量綱指數(shù)為零的量，以前稱為無量綱量，新標(biāo)準(zhǔn)稱為量綱一的量。例如，物理化學(xué)中的化學(xué)計(jì)量數(shù)、相對(duì)摩爾質(zhì)量、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)、活度因子等等都是量綱一的量。

對(duì)于量綱一的量，首先肯定的是它們屬于物理量，具有一切物理量所具有的特性；第二，它們是可測(cè)量的；第三，可以給出特定的參考量作為其單位；第四，同類量間可以進(jìn)行加減運(yùn)算。

按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，任何量綱一的量的SI單位名稱都是漢字?jǐn)?shù)字“一”，符號(hào)是阿拉伯?dāng)?shù)字“1”6.量和方程式

在《量和單位》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中包括三種形式的方程，即量方程式、數(shù)值方程和單位方程。

量方程

量方程是表示物理量之間的關(guān)系。量是與所用單位無關(guān)的，因此量的方程也與單位無關(guān)，即無論選用何種單位來表達(dá)其中的量都不影響量之間的關(guān)系。如摩爾電導(dǎo)率Λm與電導(dǎo)率κ、物質(zhì)的量濃度c三者之間的關(guān)系為如κ及c的單位都選用SI單位的基本單位，即S·m-1和mol·m-3，則得到的Λm的單位也必定是SI單位的基本單位所表示的導(dǎo)出單位，即S·m2·mol-1。若κ及c的單位分別選用S·cm-1和mol·cm-3，則Λm的單位為S·cm2·mol-1。因?yàn)?m＝100cm，所以1S·m2·mol-1＝104S·cm2·mol-1。所以，沒有必要指明量方程中的物理量的單位。

除只包含有物理量符號(hào)的量方程之外，還包括式Q＝｛Q

｝·［Q

］這種特殊形式的量方程式，即此種方程式中包含有數(shù)值與單位的乘積。數(shù)值與數(shù)值方程

在表達(dá)一個(gè)標(biāo)量時(shí)，總要用到數(shù)值和單位。標(biāo)量的數(shù)值是該量與單位之比，即式Q＝｛Q

｝·［Q

］可表示成對(duì)于矢量或張量，它在坐標(biāo)上的分量或者說它本身的大小，上式也是適用的。

量的數(shù)值在物理化學(xué)中的表格和坐標(biāo)圖中是大量出現(xiàn)的。在列表說明這些數(shù)值時(shí)，在表頭上要表明數(shù)值表示什么量，此外還要表明用的是什么單位，而且表達(dá)時(shí)還要符合式Q＝｛Q

｝·［Q

］的關(guān)系。例如，以純水的飽和蒸氣壓p*(“*”表示純物質(zhì))與熱力學(xué)溫度T的關(guān)系列表可表示如下：由表可知，T＝373.15K時(shí)，p＝101325Pa，即表頭及表格中所列的物理量、單位及純數(shù)間的關(guān)系一一滿足方程Q＝｛Q

｝·［Q

］。

再如，在坐標(biāo)圖中表示純液體的飽和蒸氣壓p與溫度T的關(guān)系時(shí)，可表示成：蒸氣壓-溫度關(guān)系圖這是因?yàn)閺臄?shù)學(xué)來看，縱、橫坐標(biāo)軸都是表示純數(shù)的數(shù)軸。當(dāng)用坐標(biāo)軸表示物理量時(shí)，須將物理量除以其單位化為純數(shù)才可表示在坐標(biāo)軸上。此外，指數(shù)、對(duì)數(shù)和三角函數(shù)中的變量，都是純數(shù)、數(shù)值或是量綱一的量的組合。所以，在量方程表示式中及量的數(shù)學(xué)運(yùn)算過程中，當(dāng)對(duì)一物理量進(jìn)行指數(shù)、對(duì)數(shù)或三角函數(shù)運(yùn)算時(shí)，對(duì)非量綱一的量均需除以其單位化作純數(shù)才行。如物理化學(xué)中常見的一些量方程，可表示成對(duì)物理量的文字表述，亦須符合量方程式

Q＝｛Q

｝·［Q

］。例如，說“物質(zhì)的量為nmol”，“熱力學(xué)溫度為TK”都是錯(cuò)誤的。因?yàn)槲锢砹縩中已包含單位mol，T中已包含單位K了。正確的表述應(yīng)為“物質(zhì)的量為n”，“熱力學(xué)溫度為T”。

對(duì)物理量進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算必須滿足量方程式Q

＝｛Q

｝·［Q

］。如應(yīng)用量方程式pV＝nRT進(jìn)行運(yùn)算，若已知組成系統(tǒng)的理想氣體的物質(zhì)的量n=10mol，熱力學(xué)溫度

T＝300K，系統(tǒng)所占體積V＝10m3，計(jì)算系統(tǒng)的壓力p為多少？由p=nRT/V，代入各量的數(shù)值與單位，得在運(yùn)算過程中，每一物理量均以數(shù)值與單位代入，總的結(jié)果也符合量方程式Q＝｛Q

｝·［Q

］。以上的運(yùn)算也可簡(jiǎn)化為:如果在量方程中，將其單位加以固定，可得到另一種形式的量方程式，即數(shù)值方程式，如數(shù)值方程只給出數(shù)值間的關(guān)系而不給出量之間的關(guān)系。因此在數(shù)值方程中，一定要指明所用的單位，否則就毫無意義。物理化學(xué)中的公式均表示成量方程的形式，而量的數(shù)學(xué)運(yùn)算，有時(shí)涉及數(shù)值方程。單位方程

所謂單位方程式就是單位之間的關(guān)系式。如表面功δW′r＝σdA，即在可逆過程中環(huán)境對(duì)系統(tǒng)作的表面微功比例于系統(tǒng)所增加的表面積dA，而σ為比例系數(shù)，稱為表面張力，利用單位方程分析，σ的單位為J·m-2＝N·m·m-2＝N·m-1，此即為單位方程，由此單位方程知，σ為作用在表面單位長(zhǎng)度上的力，這就是把σ稱為表面張力的原因。7.物理量名稱中所用術(shù)語的規(guī)則

當(dāng)一物理量無專門名稱時(shí)，其名稱一般是一個(gè)與系數(shù)、因數(shù)或因子、參數(shù)或參量、比或比率、常量或常數(shù)等術(shù)語組合的名稱，這雖不是硬性規(guī)定，亦應(yīng)積極對(duì)待，盡力執(zhí)行。(1)系數(shù)、因數(shù)或因子

在一定條件下，如果量A正比于量B，即A＝kB如果量A與量B有不同量綱，則k的稱呼用“系數(shù)”這一術(shù)語。物理化學(xué)中常見的如亨利系數(shù)、凝固點(diǎn)下降系數(shù)、沸點(diǎn)升高系數(shù)、反應(yīng)速率系數(shù)等等。(ii)如果量A和量B具有相同的量綱，則k的稱呼用“因子”這一術(shù)語。物理化學(xué)中常見的如壓縮因子、活度因子、滲透因子等。(2)參數(shù)或參量，比或比率

量方程式中的某些物理量或物理量的組合可稱為參數(shù)或參量，如物理化學(xué)中常見的范德華參量、臨界參量、指［數(shù)］前參量等等。

由兩個(gè)量所得量綱一的商常稱為比［率］，如物理化學(xué)中的熱容比(Cp/CV=γ)。(3)常量或常數(shù)