漫谈物理化学和无机化学地联系

物理化学和无机化学的联系
化学是研究物质的组成、结构、性质、以及变化规律的科学。

世界是由物质组成的，化学则是人类用以认识和改造物质世界的主要方法和手段之一，它是一门历史悠久而又富有活力的学科，它的成就是社会文明的重要标志。

物理化学和无机化学是化学的两个有着相互联系的而又不同的两门学科分支。

最初的化学就是无机化学，1828年武勒由氰酸铵制得尿素，动摇了有机物只是生命体产物的观点，有机化学应运而生；为研究能左右无机物和有机物的性质和反应的一般规律，产生了新的化学分支──物理化学（一般认为，物理化学作为一门学科的正式形成，是从1877年德国化学家奥斯特瓦尔德和荷兰化学家范托夫创刊的《物理化学杂志》开始的）。

物理化学的诞生，把化学从理论提高到一个新的水平。

近代化学的发展与无机化学密切相关。

无机化学，是研究元素、单质和无机化合物的来源、制备、结构、性质、反应、结构及其相互关系的一门基础化学课基础课，它是化学中最古老的分支学科。

无机物质种类繁多，因此，无机化学的研究范围及其广阔。

周期表中的100多种元素以及除碳氢化合物及其衍生物以外的所有化合物都是无机化学的研究对象。

化学中最重要的一些概念和规律，如元素、化合、分解、定比定律和元素周期律等，大都是在无机化学早期发展过程中发现和形成的。

从化学的发展过程来看，无机化学是化学的基础。

其它一些化学分支学科都是在这一基础上分化出去和成长起来的。

早期的无机化学研究重点是分门别类地耕耘周期表。

重点放在各种无机化合物的提取、制备、化学性质、应用和宏观规律的建立上。

化学键理论的建立和新的物理方法的出现。

使无机化学的研究能够将物质的宏观性质和反应与其微观结构相联系。

当前无机化学的发展有两个明显趋势。

一是在广度上拓宽，在化学科学范围内与有机化学相互渗透，形成元素有机化学、金属有机化学；与物理化学大面积交叉而形成物理无机化学；在化学学科之外，与材料科学结合，形成固体无机化学和固体材料化学；向生物化学渗透形成生物无机化学。

因此，与数十年前相比较，无机化学学科面目已大为改观。

另一个特点是深度上的推进。

在无机化学研究中现在广泛采用物理学和物理化学的实验手段和方法，深入到原子、分子和分子聚集体等层次去弄清物质
的结构及其与性能的关系，化学反应的微观历程和宏观化学规律的微观依据。

在研究方法上，当前的无机化学研究显示出以下特征：①以无机合成为基础：除了用常规的方法合成出各种各样的化合物以外，人们很重视发展新的合成方法，特别是在特殊和极端条件下的合成，以便得到在通常条件下不能合成的新化合物或材料；②结构测定和谱学方法的应用：谱学方法除给出一定几何结构信息外还能给出电子结构信息，如化学键的性质、自旋分布、能级结构等。

对于动态快速过程的追踪，更是只能应用谱学方法；③理论分析的深入，包括实验数据的详尽分析和量子化学计算方法的应用。

物理化学是为了研究无机物和有机物的性质和反应的一般规律而产生的新的化学分支。

它是从研究化学现象和物理现象之间的相互联系入手，借助数学和物理学的理论从而探求化学变化中具有普遍性的基本规律的一门科学。

在实验方法上主要采用物理学中的方法，通过测量化学反应过程中某些物理量（温度、体积、电导、热量、时间、透光率等）的变化来研究化学反应的规律。

物理化学的主要理论支柱是热力学、统计力学和量子力学三大部分。

热力学和量子力学分别适用于宏观和微观系统，统计力学则为二者的桥梁。

原则上用统计力学方法通过个别分子、原子的微观数据来推断或计算物质的宏观现象。

物理化学主要是为了解决生产实际和科学实验中向化学提出的理论问题，揭示化学变化的本质，更好的驾驭化学，使之为生产实际服务。

物理化学的研究内容主要包括以下三个方面的内容：
1、化学反应的方向、限度和能力转换这部分内容页称为化学热量学。

例如合成氨反应，这个反应是可逆反应。

为了获得氨气，首先要知道上述反应是在什么条件下正向进行，这就是化学反应的方向问题。

若在一定条件下上述反应向合成氨的方向进行，那么最终能得到多少氨，如何才能最大限度的提高原料的转化率，这是化学反应的限度问题。

化学反应过程中的能力转换是化学反应的重要研究课题，例如多数化学反应要放出或吸收热量，电池中的化学反应将化学能转变成电能。

化学热力学除了研究化学反应以为也研究与反应相伴发生的许多屋里过程（例如混合、蒸发、冷凝等）。

此外，热力学还研究物质各种宏观性质的相互关系，例如，热容与温度的关系等。

2、化学反应的速率和机理
这部分内容称化学动力学。

研究各种因素对反应速率的影响，从而人为的控制化学反应使其按照人们所需要的速率进行。

此外，化学动力学还研究宏观化学反应具体经历哪些微观步骤才完成由反应物到产物的转变，这就是反应的机理。

3、物质性质与微观结构的关系
这部分内容称物质结构。

物质的宏观性质是由微观结构决定的，物质结构就是由内部结构来讨论物质性质和化学反应，因此是在更高层次上研究化学反应的规律和本质。

另外，有些问题虽然并不属于上述三个方面，但是由于与化学反应有关，也属于物理化学的研究范畴。

例如流体的粘度、扩散、电导等传递性质也是物理化学的内容。

这部分内容称为物理动力学。

物理化学是物理和化学的结合，偏重于基础理论研究，主要是运用物理的方法研究有机物和无机物之间的规律。

无机化学的重点是分析化学，主要是研究无机物质的组成、性质、结构和反应。

随着科学的迅速发展和各门学科之间的相互渗透，物理化学和无机化学在内容上也存在着很多交叉的部分。

很多无机化学的研究中就要用到物理化学知识，无机化学中涉及的关于密度，体积，热量等就是物理化学方面的。

无机材质的性质及稳定性的研究就会用到物理化学中的热力学原理。

无机化学中不同物质的蒸发、冷凝、升华、溶解、结晶和萃取等过程都是各种相变化的过程。

而相平衡是物理化学中热力学的主要研究对象。

它是选择分离方法、设计分离装置以及实行最佳操作的理论基础。

纯物质处于固态、液态、气态三个相（态）平衡共存时的状态，叫做该物质的“三相点”。

一般指各种稳定的纯物质处于固态、液态、气态三个相（态）平衡共存时的状态。

该点具有确定的温度和压强。

物态叫做“相”，通常物质是以三种形态存在。

即固态、液态、气态，也可称为固相、液相、气相。

物态的变比常叫做相变。

或者说，在某一系统中，具有相同物理性质均匀的部分亦称为相。

相与相间必有明显可分的界面。

例如，食盐的水溶液是一相，若食盐水浓度大，有食盐晶体，即成为两相。

水和食油混合，是两个液相并存，而不能成为一个相。

又如水、冰和气三相共存时，其温度为273.16K（0.01℃），压强为6.106×102帕。

由于在三相点物质具有确定的温度，因此用它来作为确定温标的固定点比选汽点
和冰点具有优越性，所以三相点这个固定温度适于作为温标的基点，现在都以水的三相点的温度作为确定温标的固定点。

气体、液体、固态是无机化学的知识，而固相、气相、液相是物理化学的知识。

一般无论与多少中气体混合，都只有一个气相，液体按其互溶程度可以组成一相、两项或多相共存。

而固体则是有一个固体边有一个相。

而且不同的无机物质发生反应时，都伴随着熵变和焓变。

研究物质发生反应时无机化学的研究内容，而研究物质是怎么发生反应的以及为什么发生反应则是物质化学的研究内容。

总之，无机化学和物理化学是相互渗漏相互联系的两门学科。

而且随着人们科学知识的不断积累，科学认识的日益深化和现代科学技术，两者之间的联系会越来越密切。