中国辩学我术去学 niversity ofSeience and Technology oPCbi顶▣ 第0章绪论 Chapter 0 Introduction
第0章 绪论 Chapter 0 Introduction
§0.1物理化学的建立与发展 ◆人类认识自然、改造自然一从“火”开始 遇到的问题： 不同的物质可燃性的大小、产生温度的高低以及煅烧后重量等变 化等问题 ◆最初的观点“燃素学说”： 火是由无数细小而活泼的微粒构成的物质实体。这种火的微粒既能 同其他元素结合而形成化合物，也能以游离方式存在。大量游离的 火微粒聚集在一起就形成明显的火焰，它弥散于大气之中便给人以 热的感觉，由这种火微粒构成的火的元素就是“燃素”。 ◆ “氧化学说”：1777年，法国化学家拉瓦锡提出 燃烧的本质是物体与氧的化合，否定了“燃素学说” 5
最初的观点“燃素学说” ： 不同的物质可燃性的大小、产生温度的高低以及煅烧后重量等变 化等问题 遇到的问题： 火是由无数细小而活泼的微粒构成的物质实体。这种火的微粒既能 同其他元素结合而形成化合物，也能以游离方式存在。大量游离的 火微粒聚集在一起就形成明显的火焰，它弥散于大气之中便给人以 热的感觉，由这种火微粒构成的火的元素就是“燃素”。 “氧化学说”：1777年，法国化学家拉瓦锡提出 燃烧的本质是物体与氧的化合，否定了“燃素学说” 人类认识自然、改造自然——从“火”开始 §0.1 物理化学的建立与发展 5
§0.1物理化学的建立与发展 ◆物理化学18世纪开始萌芽 eewncSne “化学亲和力”、“化学平衡”概念、化学中的 ZEITSCHRIFT FUR 能量关系、化学现象、物理现象、和电现象之间 PHYSIKALISCHE 的联系 CHEMIE > 18世纪中叶，俄国科学家罗蒙诺索夫，最早提出“ 物理化学”这个术语 >1887年，“物理化学杂志” (德文)创刊 W.Ostwald(德国) J.H.van'tHof(荷兰) 1909 Nobelf化学奖 1901 Nobel化学奖 ·研究催化 ·化学动力学法则 ·化学平衡 ·渗透压规律 ·反应速度原理 ·化学平衡 。“糊涂的哲学家” ·立体化学 (1853-1932) (1852-1911)
§0.1 物理化学的建立与发展 物理化学18世纪开始萌芽 18世纪中叶，俄国科学家罗蒙诺索夫，最早提出“ 物理化学”这个术语 “化学亲和力”、“化学平衡”概念、化学中的 能量关系、化学现象、物理现象、和电现象之间 的联系 1887年， “物理化学杂志”（德文）创刊 W. Ostwald （德国） 1909 Nobel化学奖 •研究催化 •化学平衡 • 反应速度原理 • “糊涂的哲学家” J.H. van’t Hoff （荷兰） 1901 Nobel化学奖 • 化学动力学法则 • 渗透压规律 • 化学平衡 • 立体化学 (1853-1932) (1852-1911) 6
§0.1物理化学的建立与发展 ◆19世纪三大化学理论成就： >经典原子分子论。包括道尔顿的原子学说以及原子价键初级 理论。 >门捷列夫的化学元素周期律。 >C.M.古德贝格和P.瓦格提出的质量作用定律，是宏观化 学反应动力学的基础。 道尔顿的原子论和门捷列夫的化学元素周期律对于20世纪玻尔 建立原子的壳层结构模型具有十分重要的借鉴作用
19世纪三大化学理论成就： 经典原子分子论。包括道尔顿的原子学说以及原子价键初级 理论。 门捷列夫的化学元素周期律。 C．M．古德贝格和 P．瓦格提出的质量作用定律，是宏观化 学反应动力学的基础。 道尔顿的原子论和门捷列夫的化学元素周期律对于20世纪玻尔 建立原子的壳层结构模型具有十分重要的借鉴作用。 §0.1 物理化学的建立与发展 7
§0.1物理化学的建立与发展 ◆20世纪三大化学理论成就： >化学热力学，可以判断化学反应的方向，提出化学平衡和相 平衡理论。 >量子化学和化学键理论，量子化学家鲍林提出的氢键理论和 蛋白质分子的螺旋结构模型，为1953年沃生和克里克提出 DNA分子的双螺旋模型奠定了基础，后者又为破解遗传密码 奠定基础。 >20世纪60年代发展起来的分子反应动态学。 物理学的进展（量子力学)和各种测试手段的大量涌现， 极大地拓宽了化学的实验领域。 计算机科学的发展，极大地促进了化学理论的发展。 分子生物学的进展，也向化学提出了更多的挑战。 8
§0.1 物理化学的建立与发展 20世纪三大化学理论成就： 物理学的进展（量子力学）和各种测试手段的大量涌现， 极大地拓宽了化学的实验领域。 计算机科学的发展，极大地促进了化学理论的发展。 分子生物学的进展，也向化学提出了更多的挑战。 化学热力学，可以判断化学反应的方向，提出化学平衡和相 平衡理论。 量子化学和化学键理论，量子化学家鲍林提出的氢键理论和 蛋白质分子的螺旋结构模型，为1953年沃生和克里克提出 DNA分子的双螺旋模型奠定了基础，后者又为破解遗传密码 奠定基础。 20世纪60年代发展起来的分子反应动态学。 8
§0.1物理化学的发展趋势 >从宏观到微观原子、分子水平上理解化学反应规律 >从体相到表相 多相体系中，化学反应总是在表相上进行。了解物质表面结构 (几个原子层)，推动表面化学和多相催化的发展 >从静态到动态分子反应动力学 >从定性到定量光谱学、检测和数据记录技术发展 >从单一学科到交叉学科 与其他学科进一步相互渗透、相互结合，形成了许多极具生命力 的交叉科学：表面化学、金属有机化学、地球化学、海洋化学等 >从平衡态的研究到非平衡态的研究 开放系统的非平衡态热力学研究，更具有实际意义
§0.1 物理化学的发展趋势 从宏观到微观 从体相到表相 从静态到动态 从定性到定量 从单一学科到交叉学科 从平衡态的研究到非平衡态的研究 原子、分子水平上理解化学反应规律 分子反应动力学 开放系统的非平衡态热力学研究，更具有实际意义。 光谱学、检测和数据记录技术发展 多相体系中，化学反应总是在表相上进行。了解物质表面结构 （几个原子层），推动表面化学和多相催化的发展 与其他学科进一步相互渗透、相互结合，形成了许多极具生命力 的交叉科学：表面化学、金属有机化学、地球化学、海洋化学等 9
§0.2物理化学的研究目的和内容 一、什么是物理化学？ ·是化学学科的一个重要分支。 ·以物理学思想和实验手段，借助数学工具，系统研究所 有物质体系的化学行为的最一般原理、规律和方法。 >化学物理： 。理论化学 。研究化学领域中的物理学问题； ·偏数学、物理方法，以理论物理为工具 ·随着量子力学而发展，作为学科出现晚于物理化学 10
§0.2 物理化学的研究目的和内容 一、什么是物理化学？ • 是化学学科的一个重要分支。 • 以物理学思想和实验手段，借助数学工具，系统研究所 有物质体系的化学行为的最一般原理、规律和方法。 化学物理： • 理论化学 • 研究化学领域中的物理学问题； • 偏数学、物理方法，以理论物理为工具 • 随着量子力学而发展，作为学科出现晚于物理化学 10
化学和物理学密不可分 化学行为总是伴随着一定的物理过程： ◆宏观：化学反应常伴有物理变化（p,VT,C等)；物理 因素（热，光，电，磁等)的影响引起化学行为变化 ◆微观：微观物理状态从根本上直接决定了物质体系的性质 和化学反应能力 >分子中电子的运动状态 >振动和转动 >分子中原子间的相互作用 11
化学和物理学密不可分 化学行为总是伴随着一定的物理过程： 宏观：化学反应常伴有物理变化（p, V, T, C 等）；物理 因素（热，光，电，磁等）的影响引起化学行为变化 微观：微观物理状态从根本上直接决定了物质体系的性质 和化学反应能力 分子中电子的运动状态 振动和转动 分子中原子间的相互作用 11
二、物理化学的研究目的 >物理化学主要是为了解决生产实际和科学实验中向化学提出的 理论问题，揭示化学变化的本质，更好地驾驭化学，使之为生 产实践服务。 1.物理化学在生产实践中的重要性 >是实现化学、化工新工艺的理论基础；对现代基本化学工业的 整个生产过程的建立起到重要的作用。 例如：氨的合成和氧化；有机合成工业；化学纤维工业；合 成橡胶工业；冶金、石油、农药生产等 12
二、物理化学的研究目的 物理化学主要是为了解决生产实际和科学实验中向化学提出的 理论问题，揭示化学变化的本质，更好地驾驭化学，使之为生 产实践服务。 1. 物理化学在生产实践中的重要性 是实现化学、化工新工艺的理论基础；对现代基本化学工业的 整个生产过程的建立起到重要的作用。 例如：氨的合成和氧化；有机合成工业；化学纤维工业；合 成橡胶工业；冶金、石油、农药生产等 12
2.物理化学对其他化学学科发展的重要性 >物理化学是研究化学过程中普遍性的更本质的内在规律性， 无机化学、有机化学和分析化学在解决具体问题时，常常需利 用物理化学知识和方法。 ·例如： √在无机化学中涉及的“电子云”、“化学键”、化学反应 “平衡常数”的概念等。 √设计有机合成反应：热力学可行，产物结构分析，反应机 理的探讨 √分子生物学：物理化学提供其基本化学过程中的细节及生 物大分子结构等 13
2. 物理化学对其他化学学科发展的重要性 物理化学是研究化学过程中普遍性的更本质的内在规律性， 无机化学、有机化学和分析化学在解决具体问题时，常常需利 用物理化学知识和方法。 • 例如： 在无机化学中涉及的 “电子云”、“化学键”、化学反应 “平衡常数”的概念等。 设计有机合成反应：热力学可行，产物结构分析，反应机 理的探讨 分子生物学：物理化学提供其基本化学过程中的细节及生 物大分子结构等 13