物理化學(xué)學(xué)習(xí)方法探討

摘 要：物理化學(xué)是化工專業(yè)四大基礎(chǔ)化學(xué)之一，由于其概念繁多且抽象，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中難免會遇到很多困難。本文給出了三種學(xué)習(xí)物理化學(xué)的方法，以期幫助學(xué)生們能更好地學(xué)習(xí)這門課程。

關(guān)鍵詞：列點(diǎn)對比法 數(shù)學(xué)證明法 由表及里法 物理化學(xué)

引言

物理化學(xué)是化工專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是一門理論性和應(yīng)用性較強(qiáng)的課程。由于本課程的基本概念和理論抽象，公式推導(dǎo)與計算較難，學(xué)生系統(tǒng)掌握該課程的內(nèi)容比較困難。為了使學(xué)生更好地理解和掌握其基本原理及實(shí)

際應(yīng)用，筆者在長期研究這門課程特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，給出了三種學(xué)習(xí)該課程的方法。

一、列點(diǎn)對比法

列點(diǎn)對比法是針對該課程中基本概念繁雜而提出的。先將概念橫向分解成各個小的知識點(diǎn)，以表格或者點(diǎn)狀的形式，分成定義、公式、意義、應(yīng)用條件等一一列舉出來，然后將相似的概念放在一起，縱向加以對比，這樣可以使知識明了、思路清晰。在此以三大常用判據(jù)為例［１］，闡述這種學(xué)習(xí)方法。

（一）熵判據(jù)

1. 數(shù)學(xué)表達(dá)式：

2. 理解

（1）在絕熱的條件下，系統(tǒng)發(fā)生不可逆過程時，其熵值是增大的；系統(tǒng)發(fā)生可逆過程時，其熵值是不變的；不可能發(fā)生熵值是減小的過程，此規(guī)律也稱為熵增［１］原理。如果系統(tǒng)的過程不是在絕熱的條件下進(jìn)行的，那么在計算和理解時應(yīng)該把系統(tǒng)和環(huán)境加在一起看成一個整體，應(yīng)用熵增原理，即系統(tǒng)的熵值加上環(huán)境熵值也符合以上的敘述：

（2）熵增原理是判斷隔離系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生一過程時該過程是否可逆的依據(jù)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式叫做克勞修斯不等式，又叫做熵判據(jù)。

（二）亥姆赫茲函數(shù)判據(jù)

1. 數(shù)學(xué)表達(dá)式

ΔA≤0＜自發(fā)=平衡

2. 理解

（1）條件：恒溫恒容，非體積功為零，封閉系統(tǒng)。

（2） 結(jié)論：系統(tǒng)ΔA＜0的過程為自發(fā)過程，系統(tǒng)ΔA=0的過程為平衡過程，不可能發(fā)生A增大的過程。

(4) 其它：A是狀態(tài)函數(shù)，單位為J，其絕對值不知，為廣度量。

(三) 吉布斯函數(shù)判據(jù)

1. 數(shù)學(xué)表達(dá)式

ΔG≤0＜自發(fā)=平衡

2. 理解

（１） 條件：恒溫恒壓，非體積功為零，封閉系統(tǒng)。

（２） 結(jié)論：系統(tǒng)ΔG＜0的過程為自發(fā)過程，系統(tǒng)ΔG=0的過程為平衡過程，不可能發(fā)生G增大的過程。

（4） 其它：G是狀態(tài)函數(shù)，單位為J，其絕對值不知，為廣度量。

二、數(shù)學(xué)證明法

數(shù)學(xué)證明法是針對該課程中的一些定律與公式具有相關(guān)性而提出的，主要是從純數(shù)學(xué)的角度，結(jié)合物理化學(xué)的一些基本公式，推導(dǎo)各個定律與公式的相關(guān)性，如三大定律、三大常用判據(jù)等，甚至一些概念也可以通過這個方法得到相互關(guān)系與推導(dǎo)。此處以三大判據(jù)的一致性為例，給予證明［２］，闡明數(shù)學(xué)證明法。

（一）熵判據(jù)與亥姆赫茲函數(shù)判據(jù)的一致性

三、由表及里記憶法

學(xué)習(xí)物理化學(xué)除了需要理解各個知識點(diǎn)以外，還需要很多記憶的知識。然而這些知識復(fù)雜、繁多，這就要求有很好的記憶方法。由表及里法就是一種較好的方法。這種方法主要是先拋開物理化學(xué)中概念的物理意義，純粹從數(shù)學(xué)與字母的角度找規(guī)律進(jìn)行記憶，然后賦予其物理意義，這樣能達(dá)到意想不到的效果，如熱力學(xué)十九個公式、相圖等知識的記憶。此處以四個基本熱力學(xué)微分式為例［３］，闡述由表及里記憶法。

四個基本熱力學(xué)微分式是dG=-SdT+VdP ，dA=-SdT-PdV， dH=TdS +VdP ，dU=TdS-PdV。

觀察這些方程式不難發(fā)現(xiàn)，它們中的每一項都有相同的能量量綱，即都是焦耳。其次，S和T總是在一起，V和P總是在一起(相乘)，沒有例外關(guān)系。dG、dA、 dH、dU能作為過程方向的判據(jù)是一個常識，其判據(jù)條件一般情況下分別為等溫等壓、等溫等容、等熵等壓、等熵等容。通常有G=G(T，P)， A=A(T，V) ，H=H(S，P)， U=U(S，V)。

將這些判據(jù)條件dT、dP、dS、dV代入以上四個基本熱力學(xué)微分式，則dG、dA、dH、dU全部為零，聯(lián)系以上的關(guān)系，不難寫出四個基本關(guān)系式:

符號如何確定呢?記住V、T兩個變量的微分或者偏分前面的符號加負(fù)號，其他為正。

這樣上式就成了dG=-SdT+VdP。其他的三個基本關(guān)系式以及熱力學(xué)中十九個關(guān)系都可以用這種方法進(jìn)行記憶。對于相圖的記憶也可以如此，先記住各個相區(qū)的字母，然后在單個記憶字母的含義，結(jié)合起來就更很好記憶了。

參考文獻(xiàn):

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[3] 吳新明，焦雅文.物理化學(xué)中十九個基本熱力學(xué)函數(shù)關(guān)系式的記憶方法[J].培訓(xùn)與研究，湖北教育學(xué)院學(xué)報，2001，18(5):29-30.

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。”