物理化學(xué)及其發(fā)展史

1、【精品文檔】如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除，僅供學(xué)習(xí)與交流物理化學(xué)及其發(fā)展史.精品文檔.物理化學(xué)及其發(fā)展史摘要:從物理化學(xué)這個(gè)概念被提出至今已有200多年的歷史， 物理化學(xué)發(fā)展至今已經(jīng)涵蓋了多個(gè)領(lǐng)域。物理化學(xué)是化學(xué)學(xué)科的理論理論基礎(chǔ)。物理化學(xué)是以物理的原理和實(shí)驗(yàn)技術(shù)為基礎(chǔ)，研究化學(xué)體系的性質(zhì)和行為，發(fā)現(xiàn)并建立化學(xué)體系中特殊規(guī)律的學(xué)科。隨著科學(xué)的迅速發(fā)展和各門學(xué)科之間的相互滲透，物理化學(xué)與物理學(xué)、無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)在內(nèi)容上存在著難以準(zhǔn)確劃分的界限，從而不斷地產(chǎn)生新的分支學(xué)科。物理化學(xué)的研究在各個(gè)方面的應(yīng)用越來越廣泛。物理化學(xué)是一門發(fā)展?jié)摿艽蟮膶W(xué)科！物理化學(xué)的發(fā)展，其中經(jīng)歷了怎樣的變遷，一代代的物理化

2、學(xué)家們又是如何將物理化學(xué)這門學(xué)科從無到有發(fā)展起來的。關(guān)鍵詞：物理化學(xué)；探索史；發(fā)展史物理化學(xué)是以物理原理和實(shí)驗(yàn)技術(shù)為基礎(chǔ)，研究化學(xué)體系的性質(zhì)和行為，發(fā)現(xiàn)并建立化學(xué)體系中特殊規(guī)物理化學(xué)律的學(xué)科。涵蓋了從微觀到宏觀對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與特質(zhì)的關(guān)系規(guī)律、化學(xué)過程機(jī)理及其控制的研究。它是化學(xué)以及在分子層次上研究物質(zhì)變化的其他學(xué)科的理論基礎(chǔ)。隨著科學(xué)的迅速發(fā)展和各學(xué)科之間的相互滲透，逐步形成了若干分支學(xué)科：化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)、液體界面化學(xué)、催化化學(xué)、電化學(xué)、量子化學(xué)等。物理化學(xué)還與許多非化學(xué)的學(xué)科有著密切的聯(lián)系，例如冶金學(xué)中的物理冶金實(shí)際上就是金屬物理化學(xué)。1 物理化學(xué)提出之前的探索之路1550年威

3、廉米(Wilhelmy.L.F.，1812-1864，德國物理學(xué)家)，使用旋光儀研究蔗糖在大量水中酸催化水解的轉(zhuǎn)化反應(yīng)速度，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)物的量(濃度)、酸量以及溫度對(duì)反應(yīng)速度的影響, 并第一次將反應(yīng)速度定量地以數(shù)學(xué)上的微分方程式的形式表示出來，即將濃度隨時(shí)間的變化率表示成為作為一門科學(xué)的誕生。十九世紀(jì)三十至四十年代電解在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用，如銀、銅等的電鍍。1807年列依斯發(fā)現(xiàn)溶液的電滲、電泳現(xiàn)象，1827年杜特羅夏首次定量研究溶液滲透壓，發(fā)現(xiàn)滲透壓與濃度成正比。1862年格雷阿姆提出膠體概念。1867年特勞貝制得高強(qiáng)度及高選擇性的半透膜，1877年浦菲弗用此種膜測定滲透壓的準(zhǔn)確值，得到和理想氣體

4、狀態(tài)方程相似的滲透壓公式。188年起拉烏爾等先后發(fā)現(xiàn)溶液凝固點(diǎn)降低、沸點(diǎn)升高(蒸氣壓下降) 以及滲透壓的“依數(shù)性”規(guī)律及其數(shù)學(xué)表示式。1886年范霍夫?qū)懗鰵怏w和稀溶液體系的化學(xué)平衡，以荷蘭文發(fā)表在一份不太出名的期刊上，文章對(duì)酸、堿、鹽溶液的異常滲透壓提出了修正公式，引入了修正系數(shù)；同時(shí)將稀溶液與理想氣體進(jìn)行了類比，認(rèn)為稀溶液溶質(zhì)分子沖擊半透膜產(chǎn)生滲透壓的機(jī)理同氣體分子沖擊器壁產(chǎn)生氣壓的機(jī)理有著相似性，從而解釋了滲透壓公式與理想氣體狀態(tài)方程的相似數(shù)學(xué)表達(dá)形式。至此，阿累尼烏斯1887年物理化學(xué)雜志創(chuàng)刊號(hào)上發(fā)表電離學(xué)說的成熟理論的條件已經(jīng)完全具備。1803一1804年道爾頓提出原子學(xué)說，建立“化學(xué)

5、原子論的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。1803年道爾頓根據(jù)長期觀測大氣組成發(fā)現(xiàn)分壓定律，并借用古希臘的哲學(xué)原子說提出原子的稱謂。但他與哲學(xué)原子說的不同的是他提出了世界上第一張?jiān)恿勘?，使得原子學(xué)說有了定量描述。但道爾頓的化學(xué)原子論在事實(shí)上還是認(rèn)為原子是不可再分的。1804年道爾頓又發(fā)現(xiàn)倍比定律并用原子學(xué)說給予成功的解釋，為原子學(xué)說找到間接的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)而得以確立。原子論促成化學(xué)從雜亂無章的定性的描述化學(xué)階段發(fā)展轉(zhuǎn)到定量的解釋化學(xué)的近代化學(xué)階段，這是物理化學(xué)作為邊緣學(xué)科與其它化學(xué)分支的不同之處。原子論體現(xiàn)了物理化學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)，為物理化學(xué)的形成和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1864年元素周期表(系)的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著原子學(xué)說的成熟，又為物

6、理化學(xué)的形成奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。第二次世界大戰(zhàn)后到60年代期間，物理化學(xué)以實(shí)驗(yàn)研究手段和測量技術(shù)，特別是各種譜學(xué)技術(shù)的飛躍發(fā)展和由此而產(chǎn)生的豐碩成果為其特點(diǎn)。電子學(xué)、高真空和計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，不但使物理化學(xué)的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法和測量技術(shù)的準(zhǔn)確度、精密度和時(shí)間分辨率有很大提高，而且還出現(xiàn)了許多新的譜學(xué)技術(shù)。光譜學(xué)和其他譜學(xué)的時(shí)間分辨率和自控、記錄手段的不斷提高，使物理化學(xué)的研究對(duì)象超出了基態(tài)穩(wěn)定分子而開始進(jìn)入各種激發(fā)態(tài)的研究領(lǐng)域。光化學(xué)首先獲得了長足的進(jìn)步，因?yàn)楣庾V的研究弄清楚了光化學(xué)初步過程的實(shí)質(zhì)，促進(jìn)了對(duì)各種化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的研究。這些快速靈敏的檢測手段代化學(xué)階段, 這正是物理化學(xué)作為邊緣學(xué)科不

7、同于其它化學(xué)分支之處。原子論體現(xiàn)了物理化學(xué)的學(xué)科特點(diǎn), 為物理化學(xué)的形成和發(fā)展提供了一個(gè)胚芽或基礎(chǔ)。1864年元素周期表(系)的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著原子學(xué)說的成熟, 并為物理化學(xué)的形成奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。1811年阿佛加德羅提出分子假說: 他根據(jù)蓋呂薩克“氣體反應(yīng)體積定律” 進(jìn)行合理推論, 引入“分子”概念, 認(rèn)為原子是物質(zhì)參加化學(xué)反應(yīng)的最小質(zhì)點(diǎn)；而分子是物質(zhì)保持原有一切化學(xué)性質(zhì)的最小質(zhì)點(diǎn)，分子由原子組成。他同時(shí)還提出“ 同溫同壓同體積的氣體含有同數(shù)目的分子”, 即阿佛加德羅定律。此外, 1814年安培也提出了分子假說。經(jīng)過1827年布朗運(yùn)動(dòng)的發(fā)現(xiàn)和1860年康尼查羅及1864年L.邁耶爾對(duì)分子學(xué)說的

8、論證和宣傳，分子學(xué)說得以公認(rèn)，成為物理化學(xué)的基礎(chǔ)理論，但它和道爾頓的“化學(xué)原子論”不同，不屬化學(xué)范疇, 而屬物理學(xué)的范疇，是“化學(xué)物理”的早期萌芽或叫“準(zhǔn)化學(xué)物理”。此間焦耳，克勞修斯和麥克斯韋共同完成了十八世紀(jì)伯努利和羅蒙諾索夫創(chuàng)立了的全子運(yùn)動(dòng)學(xué)說。2 物理化學(xué)的發(fā)展史在1752年，“物理化學(xué)”這個(gè)概念被俄國科學(xué)家羅蒙索諾夫在圣彼得堡大學(xué)的一堂課程（A Course in True Physical Chemistry）上首次提出。物理化學(xué)作為一門學(xué)科的正式形成是從1877年德國化學(xué)家奧斯特瓦爾德和荷蘭化學(xué)家范托夫創(chuàng)刊的物理化學(xué)雜志開始的。從這一時(shí)期到20世紀(jì)初，物理化學(xué)以化學(xué)熱力學(xué)的蓬勃發(fā)

9、展為其特征。1906年，化學(xué)熱力學(xué)的全部基礎(chǔ)已經(jīng)具備。勞厄和布喇格對(duì)x射線晶體結(jié)構(gòu)分析的創(chuàng)造性研究，為經(jīng)典的晶體學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。阿侖尼烏斯關(guān)于化學(xué)反應(yīng)活化能的概念以及博登施坦和能斯特關(guān)于鏈反應(yīng)的概念，對(duì)后來化學(xué)動(dòng)力學(xué)的發(fā)展都做出了重要貢獻(xiàn)。20世紀(jì)2040年代是結(jié)構(gòu)化學(xué)領(lǐng)先發(fā)展的時(shí)期。這時(shí)的物理化學(xué)已深人到微觀的原子和分子世界，改變了對(duì)分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)茫然無知的狀況。1926年量子化學(xué)的興起，不但在物理學(xué)中掀起了高潮，對(duì)物理化學(xué)的研究也給以很大的沖擊。尤其是在1927年，海特勒和倫敦對(duì)氫分子問題的量子力學(xué)處理，為1916年路易斯提出的共享電子對(duì)的共價(jià)鍵概念能夠發(fā)現(xiàn)反應(yīng)過程中出現(xiàn)的暫態(tài)中間產(chǎn)物，

10、使反應(yīng)機(jī)理不再只是從反應(yīng)速率方程憑猜測而得出的結(jié)論。這些檢測手段對(duì)化學(xué)動(dòng)力學(xué)的發(fā)展也有很大的推動(dòng)作用。先進(jìn)的儀器設(shè)備和檢測手段也大大縮短了測定結(jié)構(gòu)的時(shí)間，使結(jié)晶化學(xué)在測定復(fù)雜的生物大分子晶體結(jié)構(gòu)方面有了重大突破，青霉素、維生素B12、蛋白質(zhì)、胰島索的結(jié)構(gòu)測定和脫氧核糖核酸的螺旋體構(gòu)型的測定都獲得成功。電子能譜的出現(xiàn)更使結(jié)構(gòu)化學(xué)研究能夠從物體的體相轉(zhuǎn)到表面相，對(duì)于固體表面和催化劑而言，這是一個(gè)得力的新的研究方法。60年代，激光器的發(fā)明和不斷改進(jìn)的激光技術(shù)。大容量高速電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，以及微弱信號(hào)檢測手段的發(fā)明孕育著物理化學(xué)中新的生長點(diǎn)的誕生。70年代以來，分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、激光化學(xué)和表面結(jié)構(gòu)化學(xué)代

11、表著物理化學(xué)的前沿陣地。研究對(duì)象從一般鍵合分子擴(kuò)展到準(zhǔn)鍵合分子、范德瓦耳斯分子、原子簇、分子簇和非化學(xué)計(jì)量化合物。在實(shí)驗(yàn)中不但能控制化學(xué)反應(yīng)的溫度和壓力等條件，進(jìn)而對(duì)反應(yīng)物分子的內(nèi)部量子態(tài)、能量和空間取向?qū)嵭锌刂啤Ｔ诶碚撗芯糠矫?，快速大型電子?jì)算機(jī)加速了量子化學(xué)在定量計(jì)算方面的發(fā)展。對(duì)于許多化學(xué)體系來說，薛定諤方程已不再是可望而不可解的了。福井謙一提出的前線軌道理論以及伍德沃德和霍夫曼提出的分子軌道對(duì)稱守恒原理的建立是量子化學(xué)的重要發(fā)展。物理化學(xué)還在不斷吸收物理和數(shù)學(xué)的研究成果，例如70年代初，普里戈金等提出了耗散結(jié)構(gòu)理論，使非平衡態(tài)理論研究獲得了可喜的進(jìn)展，加深了人們對(duì)遠(yuǎn)離平衡的體系穩(wěn)定性的

12、理解。3 物理化學(xué)學(xué)科的發(fā)展前景 物理化學(xué)是在物理和化學(xué)兩大學(xué)科基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它以豐富的化學(xué)現(xiàn)象和體系為對(duì)象,大量采納物理學(xué)的理論成就與實(shí)驗(yàn)技術(shù),探索、歸納和研究化學(xué)的基本規(guī)律和理論,構(gòu)成化學(xué)科學(xué)的理論基礎(chǔ)。物理化學(xué)的水平在相當(dāng)大程度省反映了化學(xué)發(fā)展的深度。 隨著人們科學(xué)知識(shí)的不斷積累,科學(xué)認(rèn)識(shí)的日益深化和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù),如新譜學(xué)方法、分子束和激光技術(shù)、巨型計(jì)算機(jī)和先進(jìn)計(jì)算方法等的應(yīng)用,使物理化學(xué)的理論與實(shí)驗(yàn)研究均進(jìn)入一個(gè)嶄新的發(fā)展階段。現(xiàn)代物理化學(xué)發(fā)展的明顯趨勢和特點(diǎn)是,從宏觀到微觀,從體相到表面,從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)等。目前物理化學(xué)已在一定程度上能指導(dǎo)實(shí)踐,并在實(shí)踐中不斷得到豐富和發(fā)展。為了實(shí)現(xiàn)分子工程學(xué)的設(shè)想，化學(xué)除了發(fā)揮自己現(xiàn)有的優(yōu)勢以外，還需要吸納物理學(xué)的成果。