
1. 物理化學的產生是社會生產發(fā)展的必然產物
物理化學形成于十九世紀中葉,當時隨著生產的發(fā)展,化學已經積累了不少事事急需歸納、總結和提高,要求他由經驗科學上升為具有理論體系的科學。那時,由于蒸汽機的廣泛使用,促使人們對熱工轉換問題進行了深刻的研究,建立了經典熱力學第一定律和第二定律,并開始把物理學的規(guī)律用于化學,如1840年蓋斯的熱化學定律、1869年的門捷列夫元素周期律以及十九世紀前期建立得到爾頓原子論和阿夫加德羅德分子論等,這些理論的建立都為物理化學的形成和發(fā)展奠定了基礎。
此后,在此基礎上,1876年吉布斯提出了用于多相平衡體系的相律關系,奠定了多項體系的熱力學理論基礎,豐富了熱力學理論在冶金、地質和化工方面的應用。1984年范特霍夫創(chuàng)立了稀溶液理論并在研究化學平衡方面做出了貢獻。1886年阿累尼烏斯提出了電力學說,揭示了電解質水溶液的本質,并在化學動力學方面也做出了重要貢獻醫(yī)|學教育|網整理。1906年能斯特發(fā)現了熱定理,進而建立了熱力學第三定律,同時還奠定了電化學理論基礎。所有這些理論都促使物理化學學科不斷地發(fā)展和完善。
2. 二十世紀物理化學的快速發(fā)展
進入二十世紀以來,在工業(yè)生產和化學的科學研究中,物理化學的基本原理得到了廣泛的應用,發(fā)揮了他的指導作用,特別是新興的石油煉制和石油化工工業(yè),更是從份地利用了化學熱力學、化學動力學、催化和表面化學等的成果。而工業(yè)技術的發(fā)展和其他學科的發(fā)展、特別是物理學的進展和各種測試手段大量的涌現,極大的影響著物理化學的發(fā)展。這期間在物理化學所屬的分支學科中的熱化學、化學熱力學、電化學、溶液理論、膠體理論、化學動力學、催化作用及其理論等都得到了迅速的發(fā)展。
體現物理化學原理對生產實踐的指導作用可以舉幾個例子。
例如:(1)C(石墨)→C(金剛石)反應條件探索。
(2)尋找氨合成反應N2+3H2→2NH3在常溫下的催化劑可能性
(3)人造羊毛原料丙烯氰合成工藝的改進
就工藝CH2=CH-CH3+HCN(劇毒)→CH2=CH-CN(產品)+CH4
新工藝CH2=CH-CH3+NH3→CH2=CH-CN+3H2△G>0
H2+O2→H2O△G<0
總反應△G<0據此促使人們尋找催化劑,60年代找到的催化劑使這一反應成為工業(yè)化。
3.近代物理化學的發(fā)展趨勢和特點
近幾十年來,各類自然科學發(fā)展十分迅速而深入?;瘜W與相鄰學科間的關系起了根本性變化。物理學為人們提供了一些基本原理、方法和強有力的測試手段,大大擴展了化學的實驗領域?;瘜W理論在計算機科學發(fā)展的幫助下迅速發(fā)展。分子生物學的進展向化學提出了許多挑戰(zhàn)性的問題,要求化學從分子水平上加以解釋。諸如此類的新問題使得近代物理化學表現為下列發(fā)展趨勢和特點醫(yī)|學教育|網整理:
⑴從宏觀到微觀
量子力學發(fā)展使化學反應能夠真正深入到了分子、原子的微觀層次。合成化學、結構化學和量子化學結合得更加密切。人們借此希望得到結構和性能之間關系的解釋。
⑵從體相到表象
測試手段的進步使人們有可能了解5-10個分子或原子層的表面層的狀態(tài),促進表面化學和催化化學的發(fā)展
⑶從靜態(tài)到動態(tài)
激光技術和分子束技術的出現可以定量地研究具有指定量子態(tài)的反應粒子到指定量子態(tài)的產物粒子所發(fā)生的能量傳遞和躍遷等基元過程速率的動態(tài)信息。目前的分子反應動態(tài)學是非常活躍的學科醫(yī)|學教育|網整理。
⑷從定性到定量
計算機的出現使人們能用更精確的定量關系來描述物質的運動規(guī)律。
⑸從單一學科到邊緣學科
學科的相互滲透和交叉使物理化學學科的研究領域不斷擴大。
⑹從平衡態(tài)的研究到非平衡態(tài)的研究
由于在生物學、氣象學、天體物理學等中事物的發(fā)生和發(fā)展都是不可逆過程,將熱力學方法推廣到不可逆過程將有廣闊的發(fā)展前景。目前非平衡熱力學已成為當前理論化學發(fā)展的前沿之一。