什么叫物理化學(xué)學(xué)科概念

什么叫物理化學(xué)學(xué)科概念第一頁，共三十二頁，2022年，8月28日從哲學(xué)高度看，任何較高級（復(fù)雜）的運動形式都包含相對較低級（簡單）的運動形式。在物理、化學(xué)、生物、社會運動形式中，后者總是包含前者，即任何的化學(xué)反應(yīng)總是伴隨著某些物理過程。需要指出的是上述提到的“復(fù)雜”與“簡單”是指運動形式之別，并非各學(xué)科的高低、難易之分。第二頁，共三十二頁，2022年，8月28日例如:發(fā)生一化學(xué)反應(yīng)時，總有熱量的吸收或放出：H2+?O2→H2O燃燒放熱；H2O→H2+

?O2

1500oC

部分吸熱分解；電池中電極和電解液之間進行的氧化還原反應(yīng)伴隨著電流的產(chǎn)生；第三頁，共三十二頁，2022年，8月28日雙原子分子分解反應(yīng)發(fā)生的必要條件是：兩個原子之間的

振動能

超過一定限度時，化學(xué)鍵才能斷裂；兩種物質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)，通常必須經(jīng)過兩種物質(zhì)分子之間的

碰撞

才能發(fā)生。這種例子還很多，化學(xué)現(xiàn)象和物理現(xiàn)象總是緊密地聯(lián)系著的。第四頁，共三十二頁，2022年，8月28日“物理化學(xué)”

定義

物理化學(xué)是研究化學(xué)現(xiàn)象和物理現(xiàn)象之間的相互聯(lián)系，用物理手段（如：熱、功、壓力、溫度等的測量）來研究化學(xué)現(xiàn)象，以便找出化學(xué)過程中某些最具普遍性的一般規(guī)律的科學(xué)。第五頁，共三十二頁，2022年，8月28日二、目的與意義

物理化學(xué)學(xué)科的產(chǎn)生與發(fā)展是為了解決生產(chǎn)實踐和科學(xué)實驗中對化學(xué)現(xiàn)象提出的一些理論問題，從而在理論上指導(dǎo)人們更好地利用化學(xué)反應(yīng)來造福人類。第六頁，共三十二頁，2022年，8月28日哪些理論問題呢？主要有以下三個方面：化學(xué)反應(yīng)的方向和限度問題；化學(xué)反應(yīng)進行的速度和機理問題；物質(zhì)的性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系問題。第七頁，共三十二頁，2022年，8月28日

1.化學(xué)反應(yīng)的方向和限度在給定條件下，一個化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進行，向什么方向進行，進行到什么程度就不能進行了？外界條件對反應(yīng)的方向和平衡的位置有什么影響等等。這些問題的研究，屬于物理化學(xué)的一個分支

化學(xué)熱力學(xué)(上冊的主要內(nèi)容)第八頁，共三十二頁，2022年，8月28日2.化學(xué)反應(yīng)進行的速度和機理化學(xué)反應(yīng)的速度有多快，反應(yīng)過程究竟是如何進行的（即反應(yīng)的機理），外界條件（如濃度、溫度、催化劑等）對反應(yīng)速度、機理有何影響，如何控制反應(yīng)的進行（快、慢控制）。這些問題的研究，屬于物理化學(xué)的另一個分支

化學(xué)動力學(xué)（在下冊）。第九頁，共三十二頁，2022年，8月28日下冊內(nèi)容中的電化學(xué)部分就是運用化學(xué)熱力學(xué)、動力學(xué)來研究化學(xué)電極反應(yīng)與電現(xiàn)象（如電動勢、電流）之間的關(guān)系。第十頁，共三十二頁，2022年，8月28日3.物質(zhì)的性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展要求化學(xué)（合成）能提供具有特殊性能的材料，如耐高溫、高壓材料；耐腐蝕材料；如超導(dǎo)材料、納米材料。這就需要人們根據(jù)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的知識，在合成所需性能的新材料方面提供方向和線索；第十一頁，共三十二頁，2022年，8月28日要了解化學(xué)熱力學(xué)和動力學(xué)的本質(zhì)問題，必須了解物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這些問題的研究是物理化學(xué)的另一分支—

物質(zhì)結(jié)構(gòu)。以上這些問題的研究和解決，是實現(xiàn)化學(xué)、化工新工藝的理論基礎(chǔ)；物理化學(xué)的研究成果，對現(xiàn)代基本化學(xué)工業(yè)的整個生產(chǎn)過程的建立，起到重要的作用。第十二頁，共三十二頁，2022年，8月28日例如：在接觸法制備硫酸；氨的合成和氧化；有機合成工業(yè)；化學(xué)纖維工業(yè)；合成橡膠工業(yè)；冶金、石油、建材、農(nóng)藥生產(chǎn)等中，物理化學(xué)研究成果起到重要的作用。當(dāng)然，生產(chǎn)實際往往比較復(fù)雜，它需要物理、化學(xué)、化工以及其他學(xué)科知識的綜合運用。第十三頁，共三十二頁，2022年，8月28日物理化學(xué)課程通常又有所謂

“大物化”、“小物化”之分?！按笪锘?/p>

包括物質(zhì)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容，其中又包括量子化學(xué)等理論化學(xué)?！靶∥锘?/p>

不包括物質(zhì)結(jié)構(gòu)(本課程)。第十四頁，共三十二頁，2022年，8月28日三、物理化學(xué)與其他化學(xué)課程的聯(lián)系

所謂“四大化學(xué)”（無機、有機、分析、物化），它們均有各自的特殊研究對象和目的。物理化學(xué)是研究化學(xué)過程中普遍性的更本質(zhì)的內(nèi)在規(guī)律性，無機化學(xué)、有機化學(xué)和分析化學(xué)在解決具體問題時，常常需利用物理化學(xué)知識和方法。第十五頁，共三十二頁，2022年，8月28日例如：在無機化學(xué)中涉及的

“電子云”、“化學(xué)鍵”的概念，化學(xué)反應(yīng)“平衡常數(shù)”的概念等。物理化學(xué)所研究的具體對象包含無機或有機體系，也需運用有關(guān)分析化學(xué)的知識。因此，物理化學(xué)與其他三大化學(xué)課程有密切聯(lián)系。第十六頁，共三十二頁，2022年，8月28日四、物理化學(xué)發(fā)展概況物理化學(xué)學(xué)科從19世紀初發(fā)展至今仍然相當(dāng)活躍。國際、國內(nèi)有關(guān)物理化學(xué)的期刊也很多。例如：J.Phys.Chem.；化學(xué)物理學(xué)報（科大3系）等?；瘜W(xué)熱力學(xué)（上冊）部分其數(shù)學(xué)邏輯性較強，發(fā)展至今已比較成熟（指平衡態(tài)熱力學(xué)，而不包括非平衡態(tài)熱力學(xué)。）第十七頁，共三十二頁，2022年，8月28日化學(xué)動力學(xué)（下冊）的研究仍處于發(fā)展階段，比較活躍。（通常是對某類反應(yīng)體系的個別研究，系統(tǒng)理論尚未成熟。）物質(zhì)結(jié)構(gòu)

研究方面，大型計算機的運用為天文數(shù)字量的量子計算、計算機模擬等提供有力工具，發(fā)展也很活躍。第十八頁，共三十二頁，2022年，8月28日五、涉及相關(guān)研究領(lǐng)域的一些較有影響的機構(gòu)理論化學(xué)（量子化學(xué)）：吉林大學(xué)（唐敖慶）；北京大學(xué)（徐光憲）；北師大、上海冶金所、復(fù)旦大學(xué)等。反應(yīng)動力學(xué)：中科院化學(xué)所（朱起鶴）、大連化物所（何國鐘）等。電化學(xué)：武漢大學(xué)（查全性），廈門大學(xué)（田昭武），南京大學(xué)（高鴻），北京大學(xué)（高小霞）等。第十九頁，共三十二頁，2022年，8月28日六、化學(xué)物理系部分實驗室

單分子化學(xué)物理（選鍵化學(xué)實驗室）用激光和掃描隧道顯微(STM)技術(shù)等實驗技術(shù)對單原子、單分子和單細胞進行直接操縱，并利用這些手段研究化學(xué)、物理和生物的某些領(lǐng)域的基本問題，最終實現(xiàn)選鍵化學(xué)、分子和細胞的加工。

第二十頁，共三十二頁，2022年，8月28日激光化學(xué)實驗室1)分子和自由基的高分辨電子態(tài)光譜研究；2)

微觀化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)研究；3)激光控制化學(xué)反應(yīng)的探索性研究。理論化學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)實驗室（量子化學(xué)）低維化學(xué)物理（表面與催化實驗室）膠體電化學(xué)實驗室第二十一頁，共三十二頁，2022年，8月28日七、物理化學(xué)的研究方法1.一般實驗科學(xué)研究的方法首先觀察現(xiàn)象，或在一定條件下重現(xiàn)自然現(xiàn)象

—

實驗，從大量的實際、實驗事實，總結(jié)出它的規(guī)律性，再以一定的形式表達出來

—

定律。第二十二頁，共三十二頁，2022年，8月28日為解釋這種定律的內(nèi)在的本質(zhì)，需根據(jù)已知的實驗事實和實際知識，通過抽象思維，提出假說和數(shù)學(xué)模型（這需有物質(zhì)結(jié)構(gòu)方面的知識）；再根據(jù)假說作邏輯推理，以說明這種規(guī)律性存在的原因，甚至可以預(yù)測客觀事物新的現(xiàn)象和規(guī)律。第二十三頁，共三十二頁，2022年，8月28日若這種預(yù)測能為多方面的實踐所證實，則這種假說就成為理論或?qū)W說。物理化學(xué)中的許多理論模型就是這樣得到的。第二十四頁，共三十二頁，2022年，8月28日

2.理論的修正、新理論的建立隨著觀測實驗范圍的擴大（例如從宏觀到微觀，從宏觀到宇宙空間）、實驗技術(shù)的改進（檢測靈敏度的提高），又會有新的現(xiàn)象出現(xiàn)（被觀測到）、新的問題提出。第二十五頁，共三十二頁，2022年，8月28日

當(dāng)新的事實與原先舊有的理論發(fā)生矛盾，即不能為舊理論所解釋時，就必須修正舊理論，甚至拋棄舊理論而重新建立新理論。如此，人們對客觀世界的認識又深了一步。例如：從牛頓力學(xué)

量子力學(xué)，即宏觀到微觀的發(fā)展。第二十六頁，共三十二頁，2022年，8月28日3.充分重視實驗事實

在物理化學(xué)研究中，由于其研究對象的特殊性（化學(xué)現(xiàn)象），所以應(yīng)當(dāng)充分重視實驗事實的重要性。第二十七頁，共三十二頁，2022年，8月28日例如，在化學(xué)平衡規(guī)律的研究、物質(zhì)性質(zhì)與外界條件的關(guān)系、各種物理化學(xué)常數(shù)的測定等，除常用的化學(xué)方法以外，更多采用物理手段（例如電磁學(xué)、光學(xué)等方法）進行實驗測試。第二十八頁，共三十二頁，2022年，8月28日4.物理化學(xué)的研究方法基礎(chǔ)

在物理化學(xué)中，從“基本假設(shè)

邏輯性推理

符合客觀實際的理論”過程是建立在“理論物理”方法的基礎(chǔ)上的，這些方法是：

熱力學(xué)方法統(tǒng)計力學(xué)方法量子力學(xué)方法第二十九頁，共三十二頁，2022年，8月28日本課程主要應(yīng)用了熱力學(xué)方法和統(tǒng)計力學(xué)方法，至于量子力學(xué)方法，主要在物質(zhì)結(jié)構(gòu)部分（本課程不包括）涉及。第三十頁，共三十二頁，2022年，8月28日

八、課程的基本內(nèi)容

物理化學(xué)的內(nèi)容非常廣泛,有些分支實際上已發(fā)展成為獨立的學(xué)科。例如：化學(xué)熱力學(xué)、反應(yīng)動力學(xué)、膠體化學(xué)、表面化學(xué)、電化學(xué)等等。本課程只把它們作為某些章節(jié)進行初步介紹。上