物理化學(xué)發(fā)展概況ppt課件

1、 物理化學(xué)開展概略 The physics chemistry development general situation一、概述1.什么是物理化學(xué)？ 對“物理化學(xué)解釋是：物理化學(xué)有時亦稱“實際化學(xué)。它是運用物理學(xué)原理和方法，研討有關(guān)化學(xué)景象和化學(xué)過程的一門科學(xué)。 物理化學(xué)是介于物理與化學(xué)的中間學(xué)科，作為化學(xué)的實際根底，又稱實際化學(xué)，屬于化學(xué)的一個分支二級學(xué)科，是化學(xué)的根底學(xué)科?；瘜W(xué)是中心科學(xué) 物理化學(xué)是化學(xué)的靈魂2.物理化學(xué)的研討內(nèi)容 以熱力學(xué)根本定律為實際根底，研討宏觀化學(xué)體系在氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)、溶解態(tài)以及高分散形狀的平衡物理化學(xué)性質(zhì)及其規(guī)律性。 屬于這方面的分支學(xué)科有化學(xué)熱力學(xué)、溶液、膠

2、體和外表化學(xué)。 目前，普通公認(rèn)“物理化學(xué)的研討內(nèi)容大致可以概括為三個方面： 化學(xué)體系的宏觀平衡性質(zhì)化學(xué)體系的微觀構(gòu)造和性質(zhì)化學(xué)體系的動態(tài)性質(zhì) 以量子實際為實際根底，研討原子和分子的構(gòu)造，物體的體相中原子和分子的空間構(gòu)造、外表相的構(gòu)造，以及構(gòu)造與物性的規(guī)律性。 屬于這方面的分支學(xué)科有構(gòu)造化學(xué)和量子化學(xué)。 研討由于化學(xué)或物理要素的擾動而引起體系中發(fā)生的化學(xué)變化過程的速率和變化機理。 屬于這方面的分支學(xué)科有化學(xué)動力學(xué)、催化、光化學(xué)和電化學(xué)。 1752年，俄國的化學(xué)家羅蒙諾索夫第一個提出了物理化學(xué)這一詞：“物理化學(xué)是一門學(xué)科，它根據(jù)物理學(xué)的原理和實驗來闡明在復(fù)雜物質(zhì)中經(jīng)化學(xué)處置后所發(fā)生的各種變化。M.

3、B.OMOHOCOB (1711-1765) 俄國化學(xué)家，物理學(xué)家，哲學(xué)家，俄國唯物主義哲學(xué)和自然科學(xué)的奠基者。 1745年，被聘為彼得堡科學(xué)院院士，成為第一位俄羅斯本人的科學(xué)院院士。 1760年，瑞典科學(xué)院推舉羅蒙諾索夫為科學(xué)院聲譽院士 1.物理化學(xué)的構(gòu)成二、物理化學(xué)的構(gòu)成與開展 19 世紀(jì)的中后期，大規(guī)模的工業(yè)消費推進著自然科學(xué)的各個學(xué)科迅猛開展。同時，原子-分子學(xué)說、氣體分子運動論和元素周期律曾經(jīng)確立，化學(xué)中積累的大量閱歷資料還需求進一步總結(jié)歸納。這時，物理化學(xué)開場構(gòu)成。 1887年，德國化學(xué)家奧斯特瓦爾德和荷蘭化學(xué)家范特霍夫共同興辦了德文的，標(biāo)志著物理化學(xué)作為一門學(xué)科的正式構(gòu)成。 在的

4、創(chuàng)刊號上，摘要發(fā)表了瑞典化學(xué)家阿侖尼烏斯 的“電離學(xué)說，這三人都是物理化學(xué)的重要奠基人，由于他們對物理化學(xué)的杰出奉獻和研討任務(wù)中的親密協(xié)作關(guān)系，被稱為“物理化學(xué)三劍客。 德國化學(xué)家，1909年獲諾貝爾化學(xué)獎。 瑞典化學(xué)家，1903年獲諾貝爾化學(xué)獎。Wilhelm Ostwald1853-1932 荷蘭化學(xué)家，1901年獲諾貝爾化學(xué)獎。S.A.Arrhenins(1859-1927)J.H.Vant Hoff (1852-1911)2.物理化學(xué)的開展 20世紀(jì)以來，由于近代物理學(xué)的出現(xiàn)，物理化學(xué)如虎添翼得到了迅猛開展。并逐漸構(gòu)成了以化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動力學(xué)，電化學(xué)和量子化學(xué)為根底實際體系的重要學(xué)科

5、。 據(jù)資料統(tǒng)計，20世紀(jì)中諾貝爾化學(xué)獎獲得者，大部分是從事物理化學(xué)領(lǐng)域研討的科學(xué)家。 1901年 J.H.Vant Hoff1903年 S.A.Arrhenins1908年 E.Rutherford1909年 W.Ostwald1911年 M.S.Curie1913年 A.Alfred Werner1914年 T.W. Richards 1918年 F.Fritz Haber1920年 W.H.Nernst1922年 F.W. Aston1925年 R.A.Zsigmondy 1921年 F.Sorby1926年 T.Svedberg1932年 I.Langnuir1934年 H.C.Urey

6、 1935年 J.F.J.Curie I.J.Curie 1936年 P.J.W.Debye1943年 G.VonHevesy1944年 O.Hahn1948年 A.W.K.Tiselius1949年 W.F.Giauque 1956年 N.Senyonov S.C.Hinshelwood1961年 M.Calvin 1966年 R.S.Mulliken1967年 M.Eigen R.W.Norrish C.Porter 1968年 L.Onsager1981年 福井謙一 R.Hoffmann1982年 A.Klug1971年 G.herzberg 1983年 H.Taube 1985年 H.

7、A.Hauptman J.M.Karle1986年 D.R.Hercshbach 李遠哲 J.C.Polanyi 1887年，自物理化學(xué)作為一門學(xué)科的正式構(gòu)成后，大體經(jīng)過了三個時期的開展?；瘜W(xué)熱力學(xué)時期 19世紀(jì)中后期到20世紀(jì)初，物理化學(xué)家把熱力學(xué)第一定律、第二定律被廣泛運用于各種化學(xué)體系進展研討，促使化學(xué)熱力學(xué)蓬勃開展。 1867年，美國物理化學(xué)家Gibbs 經(jīng)過對對多相平衡體系的研討提出了相律。 1901年12月10日，荷蘭化學(xué)家Vant Hoff的研討成果和，使其獲得首屆諾貝爾化學(xué)獎。 1903年，瑞典化學(xué)家S.A.Arrhenins提出電離學(xué)說，導(dǎo)出阿侖尼烏斯公式，并建立了活化分子和

8、活化能的概念 ，獲得首屆諾貝爾化學(xué)獎。 1906年，美國化學(xué)家Lewis提出處置非理想體系的逸度和活度概念以及測定方法。此時期，化學(xué)熱力學(xué)的全部根底曾經(jīng)具備。 化學(xué)動力學(xué)雖然獲得了這樣一些成果，但分開徹底了解化學(xué)反響的規(guī)律，還有很大的間隔。 化學(xué)動力學(xué)的研討與開展不象化學(xué)熱力學(xué)那樣開展迅猛，其繼續(xù)時間較長。 19世紀(jì)中C.M.古爾德貝格和P.瓦格提出的質(zhì)量作用定律：化學(xué)反響速率與反響物的有效質(zhì)量成正比。 美國化學(xué)家A.H.Zewail用飛秒激光技術(shù)研討超快過程和過渡態(tài)，1999年獲諾貝爾化學(xué)獎。 Vant Hoff的推導(dǎo)出反響速率公式，從而可以測定反響級數(shù)，1901年獲諾貝爾化學(xué)獎。 N.Se

9、menov的化學(xué)鏈?zhǔn)椒错憣嶋H，1956年獲諾貝爾化學(xué)獎。 李遠哲與D.R.Herschbach微觀反響動力學(xué)的研討，開展了交叉束方法，并運用于化學(xué)反響研討，1986年獲諾貝爾化學(xué)獎。 1966年，德國化學(xué)家 M.Eigen 提出了馳豫法研討快速的化學(xué)反響。 20世紀(jì)初，隨著量子力學(xué)的興起，構(gòu)造化學(xué)、量子化學(xué)得到了蓬勃開展，使物理化學(xué)研討已深化到微觀的原子和分子世界，改動過去人們了對分子內(nèi)部構(gòu)造的復(fù)雜性茫然無知的情況。物質(zhì)構(gòu)造時期量子力學(xué)的興起 19世紀(jì)末，人們在進一步調(diào)查光波與粒子的相互作用時，遇到了無法解釋的難題。 例如：黑體輻射(Blackbody radiation)、光電效應(yīng)實驗(Ph

10、otoemission experiment)等問題。 1900年Max Planck導(dǎo)出黑體輻射公式，并提出了能量量子化概念，開辟了舊量子論開展的時代。 1905年Albert Einstein提出了光子論；并創(chuàng)建了“狹義相對論，建立了“廣義相對論，開展了量子實際。 1924年，de broglie以為，Einstein在狹義相對論中給出的光子動量p與能量E的關(guān)系式對粒子同樣成立，提出了 de Broglie 假設(shè)。 1926年Erwin Schrdinger建立了非相對論的動搖方程。 1927年Davisson與Germer運用Ni晶體勝利地進展了電子散射實驗；并證明微觀粒子電子的運動具有

11、動搖性。 1927年，Walter Heitler和Fritz London用量子力學(xué)對氫分子問題進展處置，為共價鍵概念提供了實際根底。 1928年，Muliken提出了分子軌道實際。 1928年，Paul Dirac 建立了著名的Dirac方程。 1927年，在Einstein相對論的啟發(fā)下，W.Karl Heisenberg在其一文中提出，“微觀粒子的動量與位置不能夠同時被測準(zhǔn)測不準(zhǔn)關(guān)系?，F(xiàn)代化學(xué)鍵實際的產(chǎn)生 1931年，美國化學(xué)家L.V.Pauling和J.C.Slater把W.Heitler和F.London用量子力學(xué)處置氫分子的方法推行到其他雙原子分子和多原子分子，構(gòu)成了化學(xué)鍵的價鍵

12、法。 同時，W.E.Pauli提出了雜化軌道的概念。 1932年，在 Muliken的分子軌道實際根底上，德國著名化學(xué)家 Hckel 提出的簡單分子軌道實際。 1952年，日本化學(xué)家福井謙一提出前沿前線軌道實際。 1969年，美國化學(xué)家Roald Hoffmann提出分子軌道對稱守恒原理。 MO method 和 VB method 是現(xiàn)代化學(xué)鍵實際重要內(nèi)容。 1928年，Heisenberg的學(xué)生 F.Bloch 提出的金屬鍵周期勢場模型；并在此根底上，開展構(gòu)成了固體能帶實際。 在 MO 實際和 VB 實際開展的同時，其它有關(guān)物質(zhì)構(gòu)造的實際也在迅猛開展。 例如： 1929年，Bethe 和

13、Van Vlack提出晶體場實際，后與分子軌道實際結(jié)合，開展成配位場實際?，F(xiàn)代化學(xué)鍵實際的構(gòu)成 構(gòu)造化學(xué)構(gòu)成 量子力學(xué)的興起 量子化學(xué)構(gòu)成計算化學(xué)Computational chemistry時期 20世紀(jì)60年代，隨著大容量高速電子計算機的開展，物理化學(xué)的新生長點誕生量子化學(xué)計算方法的研討。其中嚴(yán)厲計算的從頭算方法、半閱歷計算的全略微分重疊和間略微分重疊等方法的出現(xiàn)，擴展了量子化學(xué)的運用范圍，提高了計算精度。 計算化學(xué)的開展，使定量的計算擴展到原子數(shù)較多的分子，并加速了量子化學(xué)向其它學(xué)科的浸透。 19281933年，許萊拉斯、詹姆斯和庫利奇計算 He、H2，得到了接近實驗值的結(jié)果。70 年代

14、又對它們進展更準(zhǔn)確的計算，得到了與實驗值幾乎完全一樣的結(jié)果。 美國化學(xué)家理查德R施羅克(Richard R. Schrock )其研討主要從有機化學(xué)及無機化學(xué)的角度研討高氧化態(tài)金屬配合物、相關(guān)的催化反響及其催化機理。因其在烯烴復(fù)分解 以色列化學(xué)家阿龍切哈諾沃(Aaron Ciechanover)、阿夫拉姆赫什科(Avram Hershko)和美國化學(xué)家歐文羅斯Irwin Rose，在20世紀(jì)7080年代發(fā)現(xiàn)泛素調(diào)理的蛋白質(zhì)降解，提示了泛素調(diào)理的蛋白質(zhì)降解機理，指明了蛋白質(zhì)降解研討的方向，成為2004年諾貝爾化學(xué)獎獲得者。 美國化學(xué)家羅杰科恩伯格(Roger D.Kornberg)經(jīng)過一系列的轉(zhuǎn)

15、錄相關(guān)復(fù)合物RNA聚合酶II、模板DNA、合成出的mRNA、核苷酸、調(diào)控蛋白的晶體構(gòu)造，從分子程度上協(xié)助人們深化地了解真核轉(zhuǎn)錄的分子機制。成為2006年諾貝爾化學(xué)獎獲得者。反響的奉獻，成為2005年諾貝爾化學(xué)獎獲得者之一。三、由化學(xué)開展史所得到的幾點啟示1.以量求質(zhì)的研討方法是推勸化學(xué)開展的重要的科學(xué)方法 1772年 A.L.Lavoisier經(jīng)過實驗實驗證明了燃素說的錯誤； 1789年A.L.Lavoisier在中明確提出質(zhì)量守恒定律； A.L.Lavoisier的化學(xué)研討業(yè)績，推翻了統(tǒng)治化學(xué)實際達百年之久的燃素說，建立了以氧為中心的熄滅實際；創(chuàng)建了化學(xué)物質(zhì)分類的新體系；推進了化學(xué)實驗和定量研討，為近代化學(xué)的開展奠定了重要的根底。 因此，后人評論A.L.Lavoisier說：“他是一個明確提出把量作為衡量尺