0.2　物理化學任務及趨勢

0.2.1　物理化學任務

在化學四大基礎課程中，物理化學更偏向于物質的規律性認識，是物質世界運行的方法論。面對客觀存在的生產實際和科學實驗中的客觀物質，物理化學往往涉及以下三個方面的問題。

（1）物質變化的方向和限度問題

在指定條件下，物質能否發生變化，向著哪個方向進行，能進行到什么程度，變化過程中有怎樣的現象，物質與外界間究竟能發生哪些量的變化，這些量之間的定量關系如何等。這些問題在化學領域的研究與解答，屬于物理化學的一個分支——化學熱力學（chemical thermodynamics）。

（2）物質變化的速率和機理問題

物質變化的速率究竟有多快，物質變化是如何進行的，外界條件對物質變化速率有怎樣的影響，如何能控制物質的變化速率等。這些問題在化學領域的研究與解答，屬于物理化學的另一個分支——化學動力學（chemical kinetics）。

（3）物質的性質與其結構之間的關系問題

物質的宏觀性質都是微觀結構的反映。物質的宏觀性質（包括現象和變化）本質上是由物質內部的微觀結構所決定的。深入了解物質內部的結構，可以理解物質現象和變化的內因；而且還可以在適當外因的作用下，通過改變物質內部結構來改變物質變化的方向、讓物質展現出目標性現象。這些問題在化學領域的研究與解答，屬于物理化學的又一個分支——結構化學（structural chemistry）。

這三個方面的問題在實際事物的研究過程中，往往是相互聯系、相互制約的。

思考：

0-1　狹義物理化學的任務是否是你生活中所關心的問題？是否作為客觀存在的生物和意識形態的社會事物，也同樣存在著客觀物質世界的類似問題，如“改革開放”帶給我們是什么？為什么“生于憂患，死于安樂”？婆媳關系的根源是什么？家庭、團隊中的成員要改變自己什么？為什么“學而不思則罔，思而不學則殆”？為什么企業要有企業文化？……類似于這些問題能否從非生物的物質世界中找到答案呢？

0.2.2　物理化學的建立與發展

物理化學學科知識體系是人類在認識和改造自然的過程中建立和逐步發展起來的。其建立與發展大致分為以下三個階段。

第一階段（～1920）為物理化學萌芽、化學平衡和化學反應速率的唯象規律的建立階段。在該階段的主要事件是在18世紀中葉俄國科學家羅蒙諾索夫^［5］首先使用“物理化學”術語；1804年道爾頓（J.Dalton，1766—1844）提出原子論；1811年阿伏伽德羅^［6］建立分子論；19世紀中葉提出熱力學第一定律和熱力學第二定律；1850年Wilhelmy第一次定量測定反應速率；1879年建立質量作用定律；1889年阿倫尼烏斯（Arrhenius）建立了阿倫尼烏斯公式并提出活化能的概念；1887年德國科學家奧斯特瓦爾德^［7］和荷蘭科學家范特霍夫^［8］創辦德文期刊《物理化學雜志》，標志著物理化學成為一門獨立學科，從此，“物理化學”這一術語被大量地使用起來；1906～1920年建立能斯特（Nernst）熱定理和熱力學第三定律，從此熱力學理論基本建立。

［5］米哈伊爾·瓦西里耶維奇·羅蒙諾索夫（МихаилВасильевичЛомоносов，1711—1765），俄國百科全書式的科學家、語言學家、哲學家和詩人，被譽為俄國科學史上的彼得大帝。出生于一個漁民家庭。1748年創建了俄國第一個化學實驗室，1755年創辦了俄國第一所大學——莫斯科大學。

［6］阿莫迪歐·阿伏伽德羅（Amedeo Avogadro，1776—1856），意大利化學家，1811年發表了阿伏伽德羅假說，即阿伏伽德羅定律，并提出分子概念及原子、分子區別等重要化學問題。

第二階段（1920—1960）為結構化學和量子化學的蓬勃發展和化學變化規律的微觀探索階段。1926年量子力學的建立，1927年薛定諤方程求解氫分子的成功，1931年、1932年分別建立了價鍵理論、分子軌道理論，1918年提出雙分子反應的碰撞理論，1935建立了過渡態理論，1930年提出鏈反應的動力學理論，這些理論的建立推動了物理化學微觀結構的深入研究。

［7］弗里德里希·威廉·奧斯特瓦爾德（Friedrich Wilhelm Ostwald，1853—1932），德國物理化學家，1909年因其在催化劑的作用、化學平衡、化學反應速率方面研究的突出貢獻，被授予諾貝爾化學獎。

［8］雅各布·亨里克·范特霍夫（Jacobus Henricus van't Hoff，1852—1911），荷蘭物理化學家，1901年獲諾貝爾化學獎。

20世紀初期，在工業生產和科學研究中，物理化學的基本原理得到了廣泛的應用，發揮了理論方法的指導作用，尤其在石油煉制和石油化工工業，更是充分利用了物理化學的理論方法，也推動了物理化學各分支領域的迅速發展，形成了化學熱力學、化學動力學、結構化學、電化學、界面化學、催化化學、材料物理化學等分支學科。

第三階段（1960～）為物理化學各領域向更深度和廣度發展階段。進入20世紀后，隨著現代物理學、數學、計算機科學的發展和現代測試方法的大量涌現，物理化學的各個領域均取得了突飛猛進的發展。量子力學的創立和發展，使物理化學的研究由宏觀進入微觀領域；激光技術和交叉分子束技術的出現，使化學動力學的研究由靜態擴展到動態；不可逆過程熱力學理論、耗散結構理論、協同理論及突變理論的提出，使化學熱力學的研究由平衡態轉向非平衡態；低能離子散射、離子質譜、X射線、紫外線電子能譜等技術的發展，促進了界面化學、催化科學的研究；光電子能譜、原子力顯微鏡和掃描隧道顯微鏡等技術的發展，促進了納米材料和納米結構的研究。

物理化學是一門開放的知識理論體系，現代科技尤其是化學的發展趨勢和特點在物理化學學科前沿中均得到了體現。客觀條件的變化及化學學科自身的變化，使得近代物理化學的發展趨勢和特點主要表現為：從宏觀到微觀、從體相到表相、從靜態到動態、從定性到定量、從單一學科到交叉學科、從平衡態到非平衡態、從自然科學到社會科學。

物理化學也正是在人類自然科學發展中不斷發展和完善，并不斷開辟新的研究領域，以至于物理化學在化學學科中具有重要的地位和作用，尤其將狹義物理化學的有關理論靈活演繹用于生命體系、社會體系及意識體系，不僅會推進物理化學學科的發展，而且物理化學的理性特點將使你受益終身。

習題：

0-1　物理化學的主要任務是什么？研究的前沿內容是什么？

0-2　你今生的主要責任是什么？讀書的目標是什么？（讀書志在圣賢，非徒科第）