绪论
0.1 物理化学的内容和研究方法
0.1.1 物理化学的内容
纷繁万千的物质变化可分为两大类:物理变化和化学变化。当发生化学变化时,往往伴随着物理变化,例如,化学反应过程中出现的热、电、光、声等物理现��。反过来,外界物理因素的改变,如加热、通电、光照、电磁场等又可以引发或影响化学反应的进行。从微观角度看,物质的结构和物质内部分子、原子与电子的微观物理运动直接决定了物质的性质和进行化学反应的能力。由此可见,化学现象和物理现象之间有着不可分割的紧密联系。物理化学(physical chemistry)就是从研究物质运动的物理现象和化学现象的相互联系入手,应用物理学的理论和方法探索化学变化基本规律的一门学科。作为化学的一个分支学科,物理化学的理论性较强,是其他化学分支学科的理论基础,所以物理化学曾称为理论化学(theoretic chem-istry)。
物理化学是随着人们解决生产实践和科学实验中提出的化学理论问题而发展起来的,物理化学的发展又反过来促进了生产的发展。现代科学的发展使物理化学的内容日益丰富,但是就其基本内容来说,物理化学承担的主要任务仍然是探讨和解决以下三个方面的问题。
(1)化学反应的方向和限度问题 一个化学反应在指定的条件下能否进行?向什么方向进行?进行到什么程度为止?外界条件,如温度、压力和浓度等的变化对反应的方向和反应的限度有何影响?这类问题属于化学热力学的研究范畴,化学热力学(chemical thermodynamics)主要是解决化学反应的方向和限度问题,即反应的可能性问题。
(2)化学反应的速率和机理问题 化学反应的快慢,实现反应过程的具体步骤,外界条件,如温度、压力、浓度及催化剂等的变化对反应速率的影响等问题属于化学动力学的研究范畴。化学动力学(chemical kinetics)主要解决化学反应的速率和机理问题。
(3)物质的结构与其性能之间的关系 人们在实践中越来越感觉到仅仅认识物质的性质是远远不够的,只有从本质上弄清楚物质的内部结构与其性质的关系,才能真正理解化学变化的内因,把握化学反应的规律,从而可以设计并合成具有特殊功能的新材料。对于物质微观结构的研究,构成了物理化学的第三部分内容——结构化学(structure chemistry)。
物理化学的上述三部分内容虽然各具特点,但它们又是相互联系和相互补充的。物理化学还包括其他一些研究内容,统计热力学是沟通结构化学与化学热力学的桥梁,相平衡、电化学和界面现象与胶体等都可看作以上几部分内容的延伸和应用。
近代的科技发展推动了物理化学的进步,例如电子计算机的应用为量子力学计算及反应速率的计算等提供了有力武器,而物理化学的进展反过来又为生命科学、集成电路和燃料电池等高新技术奠定了坚实的基础。
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