物理化學

緒論

物理化學的定義，發展及特點

何謂物理化學？
從研究化學現象和物理現象之間的相互關係入手，藉助數學和物理學的理論從而探求化學變化中具有普遍性的包含宏觀到微觀的基本規律（平衡規律和速率規律）。
從宏觀角度來看，化學變化總包含或伴隨着各種能量形式的物理現象。
從微觀角度來看，分子中原子相互間的作用力，原子的轉動和振動，電子的運動等微觀物理運動形態都直接決定了物質的性質及化學反應能力。

物理化學的定義：
從研究化學現象和物理現象之間的相互聯繫入手，從而探求化學變化中的本質規律的一門學科。

十八世紀開始產生了物理化學的萌芽：
從提出「燃素說」到「能量守恆及轉化定律」。1752年俄國科學家羅蒙諾索夫最早提出了「物理化學」這一術語。
十九世紀中葉物理化學初步形成：
1887年俄國科學家W.Ostwald（1853～1932）和荷蘭科學家J.H.van’t Hoff （1852～1911）合辦了首辦了德文「物理化學」雜誌，此後物理化學這個名稱就逐漸採用起來。
二十世紀迅速發展：
新測試手段和新的數據處理方法不斷湧現，形成了許多新的分支學科，如：熱化學，化學熱力學，電化學，溶液化學，膠體化學，表面化學，化學動力學，催化作用，量子化學和結構化學等。
物理化學原理對生產實踐具有指導作用:
（1）對於石墨轉換到金剛石的反應條件探索。
（2）丙烯氰（人造羊毛原料CH₂=CH-CN）合成路線的改進
舊工藝

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 + 1/2O₂ → H₂O △G < 0

近代化學的發展趨勢和特點
(1)宏觀轉到微觀：單單宏觀的研究方法是不足以讓我們認識到完整的世界，只有深入到微觀，研究原子、分子的運動規律，才能掌握化學變化的本質和結構與物性的關係。
(2)體相轉到表相：對於多相體系，化學反應常常在表相上進行，隨着手段方法的進步，逐步推動表面化學和多相催化的發展。
(3)靜態轉到動態：熱力學的方法是從靜態判斷動態，一般不能給出變化的具體細節。藉助於激光和分子束，我們可以應用動力學的方法解決很多問題。
(4)定性轉到定量：隨着微處理技術的飛速發展，數據處理的時間被大大縮短了，通過人工模擬和自動記錄，使許多以前只能做定性研究的課題現在可進行定量的監測。
(5)研究平衡態轉到研究非平衡態：研究平衡態和封閉系統或孤立系統是經典熱力學，然而對處於非平衡態的開放系統的研究更具有實際的意義。

目的和內容

物理化學的目的：
物理化學主要是為了解決生產生活實際和科學實驗中提出的化學理論問題，揭示化學變化的本質，更好地駕馭化學，使之能夠更好地為生產實際和科學研究服務。

物理化學的研究內容：
A.化學變化的方向和限度（化學熱力學）
B.化學反應的速率和機理（化學動力學）
C.物質結構和性能之間的關係（物質結構或者結構化學）
總之，物理化學就是把化學各個領域中各個現象聯繫起來，對其中的一般規律性與以更深刻、更本質的探討。並通過揭示的客觀規律來指導化工生產和科學研究的實踐。

物理化學的研究方法

化學的一般方法（物理化學也適用）：
由實驗、活動、自然、現象積累經驗歸納成定理、定律。在實踐中檢驗新現象修正、完善定理定律。
物理化學的具體方法：
遵循「實踐—理論—實踐」的認識過程，分別採用歸納法和演繹法，即從眾多實驗事實概括到一般，再從一般推理到個別的思維過程。主要有：熱力學方法、統計力學方法和量子力學方法。
A.熱力學方法：以眾多質點組成的宏觀體系為研究對象，兩個經典熱力學定律為基礎，用一系列熱力學函數及其變量，描述體系從始態到終態的宏觀變化，而不涉及變化的細節。經典熱力學方法僅適用於平衡體系。沒有時間觀念。
B.統計力學方法：用概率規律計算出體系內部大量質點微觀運動的平均結果，從而解釋宏觀現象並能計算一些熱力學的宏觀性質。
C.量子力學方法：用量子力學的基本方程（E.Schrodinger方程）求解組成體系的微觀粒子之間的相互作用及其規律，從而指示物性與結構之間的關係。

物理化學課程的學習方法

(1)注意邏輯推理的思維方法，反覆體會感性認識和理性認識的相互關係。抓住重點，善於總結。
(2)學會自己動手推導公式。掌握重點公式的使用條件、物理意義以及與其它公式的差別和聯繫。
(3)多做習題，學會解題方法。很多東西只有通過解題才能學到，不會解題，就不可能掌握好物理化學知識。
(4)課前粗看，課後細研，勤於思考，培養自學和獨立思考的能力。

參考文獻

傅獻彩等，物理化學（第五版），高等教育出版社
Peter Atkins etc. Atkins』 Physical Chemistry, Seventh Edition, Higher Education Press
Ira N.Levine etc. PHYSICAL CHEMISTRY, Fifth Edition, 2002
姚允斌等，《物理化學》（上，下），（修）（1995）
吉林大學等，《物理化學》（上，下)