物理化学发展史

物理化学发展史

201013020427 杨艳艳

摘要：从物理化学这个概念被提出至今已有200多年的历史，物理化学发展至今已经涵盖了多个领域。物理化学的发展，其中经历了怎样的变迁，一代代的物理化学家们又是如何将物理化学这门学科从无到有发展起来的。本文将就物理化学发展史做一个简单的概述。关键词：物理化学；探索史；发展史

物理化学是以物理原理和实验技术为基础，研究所有物质体系的化学行为的原理、规律和方法的学科。涵盖了从微观到宏观对物质结构与特质的关系规律、化学过程机理及其控制的研究。它是化学以及在分子层次上研究物质变化的其他学科的理论基础。随着科学的迅速发展和各学科之间的相互渗透，逐步形成了若干分支学科：化学热力学、化学动力学、结构化学、液体界面化学、催化化学、电化学、量子化学等。

1物理化学提出之前的探索之路

1.1 关于原子一分子学说

1803—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，认为物质都是由无数微粒组成，不同物质的微粒有不同大小和不同重量，主张用相对重量表示微粒的重量, 这种微粒就叫做原子。原子的叫法是他借用古希腊的哲学原子说。他与哲学原子说的不同在于他使得原子学说有了定量描述, 他提出了世界上第一张原子量表；此外, 他并没有在著作中强调原子的不可再分性,而哲学原子说却十分强调这种不可再分性(故称原子)。问题就在于此, 道尔顿既借用哲学原子说将微粒叫做原子, 虽没强调其不可再分性, 但也没强调其可再分性, 而原子的本来含义就是指的不可再分性, 所以道尔顿的化学原子论在事实上认为原子是不可再分的。180 4年道尔顿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到定量的解释学的近代化学阶段, 这正是物理化学作为边缘学科不同于其它化学分支之处。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提供了一个胚芽或基础。1864年元素周期表(系)的发现标志着原子学说的成熟, 并为物理化学的形成奠定了坚实的理论基础。

1811年阿佛加德罗提出分子假说: 他根据盖吕萨克“气体反应体积定律”进行合理推论, 引入“分子”概念, 认为原子是物质参加化学反应的最小质点；而分子是物质保持原有一切化学性质的最小质点，分子由原子组成。他同时还提出“同温同压同体积的气体含有同数目的分子”, 即阿佛加德罗定律。此外, 1814年安培也提出了分子假说。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，分子学说得以公认，成为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共同完成了十八世纪伯努利和罗蒙诺索夫创立了的全子运动学说。

1.2 关于化学热力学和化学动力学

1801年贝托雷(Berthollet，C.L，1748-1822，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, 是最早提出反应体系中各种物质对于反应方向和限度的“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”，此即质量作用定律在化学热力学(化学平衡)上的涵义，而热力学和热化学则是此后才逐渐发展起来。1 824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年克拉佩隆绘出卡诺循环的P-V 图并利用卡诺原理研究汽-液平衡，得出压力随温度变化的克拉佩隆方程；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)；1840-1842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，从而得出卡诺原理的一种转述，即关于热转换功的自发方向的克劳修斯说法，后来被称之为热力学第二定律(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式。至此热力学为物理化学发展化学热力学提供了理论基础。

1550年威廉米(Wilhelmy.L.F.，1812-1864，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变的幂函数。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。1864-1 879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”、“化学刃”等非定量概念。

1873-1879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，引入了自由能（吉布斯函数）、化学势（为）及平衡判据和定律。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分开来；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。同年里夏特里提出了平衡逆动原理，即通称的里夏特里原理。至此化学动力学具有了进一步发展的初步基础。

1.3 关于电化学与溶液理论

1800年伏特制成自发的原电池(化学电池)为电化学的创建开辟了道路，同年尼科尔森等成功地使用伏特电池使水电解，制得可观的H2和02。18 07年起戴维及其同事先后用电解方法制得钾、钠、钙等，为电化学打下牢固的实验基础，使化学家充分认识到电对化学的重要作用。1 8 31 年戴维的助手法拉第发现电解定律并1834年在《关于电的实验研究》一文中发表，标志了电量与化学变化量之间的定量研究方法及电化学