漫谈物理化学的发展及学科特点

漫谈物理化学的发展及学科特点

2007化教一班222007316011045 王祖龙

摘要：经历漫长而艰难的发展，物理化学终以一门新的学科出现。它具有自身独特的特点，并在化学中占有极重要位置。随着人们不断的深入认识，越来越多地为人们服

务。

关键词：物理化学形成发展学科特点前景

世界的变化日新月异，尤其在当今，新兴学科层出不穷，但统而观之，它们有一个重要特点，即很多都是边缘学科（亦称交叉学科，1926年美国首次出现）——横跨两种或两种以上基础学科。边缘学科的产生，是随着人们对物质运动形式及固有次序的逐步揭示，是当基础学科发展到一定阶段时的必然结果，是人们知识的深化。

化学，在其漫长的发展历程中，形成了自己独有的特色，并且一直以来对于人类文明的发展起到了很大的推动作用。与此同时，一系列化学的分支学科也不断形成，大大的丰富了化学知识，拓展了人们的眼界。在所有化学分支学科中，当属物理化学最为重要。

而物理化学，作为最早形成的第一门边缘学科，被称为交叉学科的典范，是现代化学的核心内容和理论基础，在基础化学课程体系中起着龙头作用。它的形成与发展经历了较漫长而艰难的时期。

一、物理化学的形成与发展

“物理化学”这个术语曾在十八世纪首先被罗蒙诺索夫创用，但是它的主要研究方向和基本内容却是在十九世纪下半叶才被确定下来。至今其研究内容也都是在当时的基础上不断深入发展的。对于物理化学的形成，不得不提到一个人——杰出的俄国一德国物理化学家奥斯特瓦尔德(Ostwald，W.F.，1853一1932)，他为物理化学作出了最伟大的贡献，在1887年创办了第一份名副其实的专业性期刊:德文的《物理化学杂志》(Zeitschrift physikalische Chemie)121，标志着物理化学的形成.。奥斯特瓦尔德因此被称为“物理化学之父”，也曾被列宁誉为“伟大的化学家和渺小的哲学家”。

在十九世纪下半叶以前的近代化学初期，化学家往往又是物理学家，他们研究的问题常常相互有关，相互渗透和相互补充。例如，1807年法国化学家盖吕萨克观测到气体向真空膨胀后温度没有变化，于是物理学家便据此作出“气体膨胀至真空没有作功”这种结论。又如道尔顿，他起初是一位物理学家，后来才研究化学。他从长期观测气象着手，研究空气组成并得出气体的“微粒说”；再经过对碳的两种氧化物以及多种氢化物的组成的化学分析实验，在1804年正式提出倍比定律，后来将物理原子论(即哲学“微粒说”)发展成为“化学原子论”，成为了近代化学诞生的标志。

到了十九世纪下半世纪，随着工业生产力的发展，以及此前大量拥现的化学和物理学成就的逐步积累，近代化学迅速向专业化分工，化学家在研究方向及方法上和物理学家终于分道扬镰。物理化学正是在这个时期开始独立形成的。在这一时期，主要是以李比希和杜马等为代表的有机化学家。有机化学取得了重大的成就，使得从类型理论向结构理论的发展逐步系统化。同时在这一时期，有少数化学家（有的本来也就是物理学家和数学家）关心物理学的理论和发现，这就使得化学和物理学相结合起来，例如拉乌尔(Raoutt，F.M，1830一1901，法国)、瓦格(Waage，P.1933一1990，娜威)、范霍夫(Van't Hoff，J.H.，1852一1911) 以及能斯特(Nernst，H.W.，1864一1941，德国)等。他们都为物理化学最终成为现代化学的一个独立分支做出了开创性的工作，是初期物理化学的共同奠基人。

从道尔顿提出原子论以来，近代化学前期到奥斯特瓦尔德创办《物理化学杂志》之间，有着许多与物理化学形成有关的十分重要的史实：

1、关于原子一分子学说

1803一1804年道尔顿提出原子学说，建立“化学原子论’的实验基础。1803年道尔顿根据长期观测大气组成发现分压定律，并借用古希腊的哲学原子说提出原子的称谓。但他与哲学原子说的不同的是他提出了世界上第一张原子量表，使得原子学说有了定量描述。但道尔顿的化学原子论在事实上还是认为原子是不可再分的。1804年道尔顿又发现倍比定律并用原子学说给予成功的解释，为原子学说找到间接的实验基础而得以确立。原子论促成化学从杂乱无章的定性的描述化学阶段发展转到定量的解释化学的近代化学阶段，这是物理化学作为边缘学科与其它化学分支的不同之处。原子论体现了物理化学的学科特点，为物理化学的形成和发展奠定了基础。1864年元素周期表(系)的发现标志着原子学说的成熟，又为物理化学的形成奠定了坚实的理论基础。

1811年阿佛加德罗根据盖吕萨克“气体反应体积定律”进行合理推论，提出分子假说，同时还提出了阿佛加德罗定律。1814年安培也提出了分子假说。在经过1827

年布朗运动的发现和1860年康尼查罗及1864年L·迈耶尔对分子学说的论证和宣传后，分子学说得到公认，成为了物理化学的基础理论，但它和道尔顿的“化学原子论”不同，不属化学范畴，而属物理学的范畴，是“化学物理”的早期萌芽或叫“准化学物理”。此间焦耳、克劳修斯和麦克斯韦还共同完成了十八世纪伯努利和罗蒙诺索夫创立了的分子运动学说。2、关于化学热力学和化学动力学

1801年贝托雷(Berthollet，C.L，1748一1822，法国化学家)发表论文“亲合力的研究”。1803年他又出版《化学静力学》两卷本，最早提出对于反应体系中各种物质反应方向和度“质量效应”(以及生成物挥发性和溶解度的效应)和“动态平衡趋势”，亦即质量作用定律在化学热力学(化学平衡)上的涵义。1824年卡诺通过对蒸汽机的经典研究，提出关于热机效率的卡诺原理及理想可逆过程的卡诺循环;1834年克拉贝龙绘出卡诺循环的P一V图并利用卡诺原理研究汽一液平衡，得出克拉贝龙方程;1836年赫斯在系统研究反应热效应的基础上发现反应过程总热量守恒定律(1840年公诸);1840一1842年焦耳，迈耶尔及格罗夫各自独立地提出能量转化与守恒原理，即热力学第一定律，1849年焦耳测得准确的热功当量，使热力学第一定律有了可靠的实验基础；1850年克劳修斯研究热力学第一定律(指能量守恒)在卡诺原理中的意义，得出卡诺原理的一种转述，即热力学第二定律(克劳修斯说法)；1853年开尔文把能量转化与物系的内能联系起来，给出了热力学第一定律的数学表达。至此热力学为物理化学发展化学热力学提供了理论基础。

1850年威廉米(Wilhelmy.L.F.，1812一1564，德国物理学家)，使用旋光仪研究蔗糖在大量水中酸催化水解的转化反应速度，发现反应物的量(浓度)、酸量以及温度对反应速度的影响，并第一次将反应速度定量地以数学上的微分方程式的形式表示出来，即将浓度随时间的变化率表示成为浓度的幂函数。这是定量地研究化学动力学的开始，也是最早从化学动力学的涵义上，即反应速度上)提出的质量作用定律。1864一1879年古德贝格和瓦格合作，先后发表二篇论文，从理论与大量实验的结合上推导出了质量作用定律，并对可逆反应及加成反应分别导得反应速度与“有效质量”(浓度)的幂函数关系作为质量作用定律的数学表示式，同时引出了反应速度常数(“亲合力系数”)平衡常数及动态平衡等概念。1877年范霍夫发表论文，明确主张用反应速度表示质量作用定律，放弃含糊不清的“亲合力”、“化学力“等非定量概念。

1873一1879年吉布斯先后发表的三篇论文，建立了化学热力学、化学平衡及多相平衡的理论基础，引人了自由能(吉布斯函数)、化学势(位)及平衡判据和规律。1884年范霍夫出版《化学动力学概论》，第一次将化学动力学与化学热力学区别开来;澄清了质量作用定律包涵反应方向及其平衡(限度)与反应快慢(速度)两个完全不同的概念。同年列沙特勒提出了平衡逆动原理，即通称的列沙特勒原理。至此化学动力学具有了进一步发展的初步基础。

3、关于电化学与溶液理论