什么叫物理化學(xué)

從哲學(xué)高度看，任何較高級(jí)〔簡(jiǎn)單〕的運(yùn)動(dòng)形式都包含相對(duì)較低級(jí)〔簡(jiǎn)潔〕的運(yùn)動(dòng)形式。在物理、化學(xué)、生物、社會(huì)運(yùn)動(dòng)形式中，后者總是包含前者，即任何的化學(xué)反響總是伴隨著某些物理過(guò)程。需要指出的是上述提到的“簡(jiǎn)單”與“簡(jiǎn)潔”是指運(yùn)動(dòng)形式之別，并非各學(xué)科的凹凸、難易之分。例如:發(fā)生一化學(xué)反響時(shí)，總有熱量的吸取或放出：H2+?O2→H2O燃燒放熱；H2O→H2+?O21500oC局部吸熱分解；電池中電極和電解液之間進(jìn)展的氧化復(fù)原反響伴隨著電流的產(chǎn)生；雙原子分子分解反響發(fā)生的必要條件是：兩個(gè)原子之間的振動(dòng)能超過(guò)肯定限度時(shí)，化學(xué)鍵才能斷裂；兩種物質(zhì)之間的化學(xué)反響，通常必需經(jīng)過(guò)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)象總是嚴(yán)密地聯(lián)系著的。“物理化學(xué)”

定義

物理化學(xué)是爭(zhēng)論化學(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(cè)量〕來(lái)爭(zhēng)論化學(xué)現(xiàn)象，以便找出化學(xué)過(guò)程中某些最具普遍性的一般規(guī)律的科學(xué)。二、目的與意義

物理化學(xué)學(xué)科的產(chǎn)生與進(jìn)展是為了解決生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)試驗(yàn)中對(duì)化學(xué)現(xiàn)象提出的一些理論問(wèn)題，從而在理論上指導(dǎo)人們更好地利用化學(xué)反響來(lái)造福人類。哪些理論問(wèn)題呢？主要有以下三個(gè)方面：化學(xué)反響的方向和限度問(wèn)題；化學(xué)反響進(jìn)展的速度和機(jī)理問(wèn)題；物質(zhì)的性質(zhì)與其構(gòu)造之間的關(guān)系問(wèn)題。

1.化學(xué)反響的方向和限度在給定條件下，一個(gè)化學(xué)反響能否自發(fā)進(jìn)展，向什么方向進(jìn)展，進(jìn)展到什么程度就不能進(jìn)展了？外界條件對(duì)反響的方向和平衡的位置有什么影響等等。這些問(wèn)題的爭(zhēng)論，屬于物理化學(xué)的一個(gè)分支化學(xué)熱力學(xué)(上冊(cè)的主要內(nèi)容)2.化學(xué)反響進(jìn)展的速度和機(jī)理化學(xué)反響的速度有多快，反響過(guò)程究竟是如何進(jìn)展的〔即反響的機(jī)理〕，外界條件〔如濃度、溫度、催化劑等〕對(duì)反響速度、機(jī)理有何影響，如何掌握反響的進(jìn)展〔快、慢掌握〕。這些問(wèn)題的爭(zhēng)論，屬于物理化學(xué)的另一個(gè)分支化學(xué)動(dòng)力學(xué)〔在下冊(cè)〕。下冊(cè)內(nèi)容中的電化學(xué)局部就是運(yùn)用化學(xué)熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)來(lái)爭(zhēng)論化學(xué)電極反響與電現(xiàn)象〔如電動(dòng)勢(shì)、電流〕之間的關(guān)系。3.物質(zhì)的性質(zhì)與其構(gòu)造之間的關(guān)系現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展要求化學(xué)〔合成〕能供給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。這就需要人們依據(jù)物質(zhì)構(gòu)造的學(xué)問(wèn)，在合成所需性能的新材料方面供給方向和線索；要了解化學(xué)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的本質(zhì)問(wèn)題，必需了解物質(zhì)的內(nèi)部構(gòu)造，這些問(wèn)題的爭(zhēng)論是物理化學(xué)的另一分支—物質(zhì)構(gòu)造。以上這些問(wèn)題的爭(zhēng)論和解決，是實(shí)現(xiàn)化學(xué)、化工新工藝的理論根底；物理化學(xué)的爭(zhēng)論成果，對(duì)現(xiàn)代根本化學(xué)工業(yè)的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的建立，起到重要的作用。例如：在接觸法制備硫酸；氨的合成和氧化；有機(jī)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)爭(zhēng)論成果起到重要的作用。固然，生產(chǎn)實(shí)際往往比較簡(jiǎn)單，它需要物理、化學(xué)、化工以及其他學(xué)科學(xué)問(wèn)的綜合運(yùn)用。物理化學(xué)課程通常又有所謂

“大物化”、“小物化”之分?！按笪锘卑ㄎ镔|(zhì)構(gòu)造的內(nèi)容，其中又包括量子化學(xué)等理論化學(xué)?！靶∥锘辈话ㄎ镔|(zhì)構(gòu)造(本課程)。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(wú)機(jī)、有機(jī)、分析、物化〕，它們均有各自的特殊爭(zhēng)論對(duì)象和目的。物理化學(xué)是爭(zhēng)論化學(xué)過(guò)程中普遍性的更本質(zhì)的內(nèi)在規(guī)律性，無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)和分析化學(xué)在解決具體問(wèn)題時(shí)，常常需利用物理化學(xué)學(xué)問(wèn)和方法。例如：在無(wú)機(jī)化學(xué)中涉及的“電子云”、“化學(xué)鍵”的概念，化學(xué)反響“平衡常數(shù)”的概念等。物理化學(xué)所爭(zhēng)論的具體對(duì)象包含無(wú)機(jī)或有機(jī)體系，也需運(yùn)用有關(guān)分析化學(xué)的學(xué)問(wèn)。因此，物理化學(xué)與其他三大化學(xué)課程有親密聯(lián)系。四、物理化學(xué)進(jìn)展概況物理化學(xué)學(xué)科從19世紀(jì)初進(jìn)展至今仍舊相當(dāng)活潑。國(guó)際、國(guó)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(bào)〔科大3系〕等?；瘜W(xué)熱力學(xué)〔上冊(cè)〕局部其數(shù)學(xué)規(guī)律性較強(qiáng)，進(jìn)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)。〕化學(xué)動(dòng)力學(xué)〔下冊(cè)〕的爭(zhēng)論仍處于進(jìn)展階段，比較活潑。〔通常是對(duì)某類反響體系的個(gè)別爭(zhēng)論，系統(tǒng)理論尚未成熟。〕物質(zhì)構(gòu)造爭(zhēng)論方面，大型計(jì)算機(jī)的運(yùn)用為天文數(shù)字量的量子計(jì)算、計(jì)算機(jī)模擬等供給有力工具，進(jìn)展也很活潑。五、涉及相關(guān)爭(zhēng)論領(lǐng)域的一些較有影響的機(jī)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。反響動(dòng)力學(xué)：中科院化學(xué)所〔朱起鶴〕、大連化物所〔何國(guó)鐘〕等。電化學(xué)：武漢大學(xué)〔查全性〕，廈門(mén)大學(xué)〔田昭武〕，南京大學(xué)〔高鴻〕，北京大學(xué)〔高小霞〕等。六、化學(xué)物理系局部試驗(yàn)室單分子化學(xué)物理〔選鍵化學(xué)試驗(yàn)室〕用激光和掃描隧道顯微(STM)技術(shù)等試驗(yàn)技術(shù)對(duì)單原子、單分子和單細(xì)胞進(jìn)展直接操縱，并利用這些手段爭(zhēng)論化學(xué)、物理和生物的某些領(lǐng)域的根本問(wèn)題，最終實(shí)現(xiàn)選鍵化學(xué)、分子和細(xì)胞的加工。激光化學(xué)試驗(yàn)室1)分子和自由基的高區(qū)分電子態(tài)光譜爭(zhēng)論；2)微觀化學(xué)反響動(dòng)力學(xué)爭(zhēng)論；3)激光掌握化學(xué)反響的探究性爭(zhēng)論。理論化學(xué)、構(gòu)造化學(xué)試驗(yàn)室〔量子化學(xué)〕低維化學(xué)物理〔外表與催化試驗(yàn)室〕膠體電化學(xué)試驗(yàn)室七、物理化學(xué)的爭(zhēng)論方法1.一般試驗(yàn)科學(xué)爭(zhēng)論的方法首先觀看現(xiàn)象，或在肯定條件下重現(xiàn)自然現(xiàn)象—試驗(yàn)，從大量的實(shí)際、試驗(yàn)事實(shí)，總結(jié)出它的規(guī)律性，再以肯定的形式表達(dá)出來(lái)—定律。為解釋這種定律的內(nèi)在的本質(zhì)，需依據(jù)的試驗(yàn)事實(shí)和實(shí)際學(xué)問(wèn)，通過(guò)抽象思維，提出假說(shuō)和數(shù)學(xué)模型〔這需有物質(zhì)構(gòu)造方面的學(xué)問(wèn)〕；再依據(jù)假說(shuō)作規(guī)律推理，以說(shuō)明這種規(guī)律性存在的緣由，甚至可以猜測(cè)客觀事物新的現(xiàn)象和規(guī)律。假設(shè)這種猜測(cè)能為多方面的實(shí)踐所證明，則這種假說(shuō)就成為理論或?qū)W說(shuō)。物理化學(xué)中的很多理論模型就是這樣得到的。

2.理論的修正、新理論的建立隨著觀測(cè)試驗(yàn)范圍的擴(kuò)大〔例如從宏觀到微觀，從宏觀到宇宙空間〕、試驗(yàn)技術(shù)的改進(jìn)〔檢測(cè)靈敏度的提高〕，又會(huì)有新的現(xiàn)象消失〔被觀測(cè)到〕、新的問(wèn)題提出。

當(dāng)新的事實(shí)與原先舊有的理論發(fā)生沖突，即不能為舊理論所解釋時(shí)，就必需修正舊理論，甚至拋棄舊理論而重新建立新理論。如此，人們對(duì)客觀世界的生疏又深了一步。例如：從牛頓力學(xué)量子力學(xué)，即宏觀到微觀的進(jìn)展。3.充分重視試驗(yàn)事實(shí)在物理化學(xué)爭(zhēng)論中，由于其爭(zhēng)論對(duì)象的特殊性〔化學(xué)現(xiàn)象〕，所以應(yīng)當(dāng)充分重視試驗(yàn)事實(shí)的重要性。例如，在化學(xué)平衡規(guī)律的爭(zhēng)論、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(cè)定等，除常用的化學(xué)方法以外，更多承受物理手段〔例如電磁學(xué)、光學(xué)等方法〕進(jìn)展試驗(yàn)測(cè)試。4.物理化學(xué)的爭(zhēng)論方法根底在物理化學(xué)中，從“根本假設(shè)規(guī)律性推理符合客觀實(shí)際的理論”過(guò)程是建立在“理論物理”方法的根底上的，這些方法是：熱力學(xué)方法統(tǒng)計(jì)力學(xué)方法量子力學(xué)方法本課程主要應(yīng)用了熱力學(xué)方法和統(tǒng)計(jì)力學(xué)方法，至于量子力學(xué)方法，主要在物質(zhì)構(gòu)造局部〔本課程不包括〕涉及。八、課程的根本內(nèi)容物理化學(xué)的內(nèi)容特別廣泛,有些分支實(shí)際上已進(jìn)展成為獨(dú)立的學(xué)科。例如：化學(xué)熱力學(xué)、反響動(dòng)力學(xué)、膠體化學(xué)、外表化學(xué)、電化學(xué)等等。本課程只把它們作為某些章節(jié)進(jìn)展初步介紹。上冊(cè)中主要側(cè)重于化學(xué)熱力學(xué)