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探 广 索 微 创 新
物理化学教学
求 真 厚 德 达 美
探 广 索 微 创 新
求 真 厚 德 达 美
绪 论
探 广 索 微 创 新
§0.1 化学学科的发展 §0.2 物理化学的建立与发展 §0.3 物理化学的目的与内容 §0.4 物理化学的研究方法 §0.5 物理化学课程的学习方法
求 真 厚 德 达 美
探 广
新测试手段和
新数据处理方法不
胶 体 化 学 物理化学
求 真 厚 德 达 美
断涌现。 索 微
创新的分支领域， 新
如：
形成了许多 溶 液 化 学
§0.2 物理化学的建立与发展
20世纪中叶后发展趋势和特点：
探 广 索 微 创 新
(1) 从宏观到微观
(2) 从体相到表相
求 真 厚 德 达 美
(3) 从静态到动态
长期以来，化学一直被科学界公认为
⑴
归纳法 ( F. Bacon, 1561-1626 )
数据拟合
探 广 索 微⑵
设计实验
实验数据
唯象理论
检验
“预测”
求 真 厚 德
演绎法 ( R. Decartes, 1596-1650 )
创 新公理假设
模型 形式理论 二次形式化 近似、计算 和模拟 预测
达 美 实验
§0.1化学科学的发展
探 广 索 微
二十世纪八十年代以来，先进的分析仪器的
应用、量子化学计算方法的进展和计算机技术的
飞速发展，对化学科学的发展产生了冲击性的影 响。其研究内容、方法、乃至学科的结构和性质 都在发生深刻的变化
求 真 厚 德
创 一门纯实验科学。其理由要追溯到人类认 达 新 美
识自然的两种科学方法
态热力学这个学科分支。
达 美 Prigogine对非平衡态热力学有突出贡献，这个
学科分支成为当前理论化学的研究前沿之一。
探 广 索 微 创 新
药物、染料、酿酒工业推动了有机 元素周期表奠定无机化学基础
经典价键理论、苯结构奠定有机化学基础
求 真 厚ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ德 达 美
物理化学在 20 世纪初形成。旨在揭示化 学反应的普遍规律 — 反应进行的方向、 探 程度和速度…
广 微
Gibbs 索 化学热力学
求 真 厚 德
创 新 Arrhenius
探 广 索 微 创 新
热力学研究方法是从静态利用热力学函数判断
求 真 厚 德 达 美
变化的方向和限度，但无法给出变化的细节。 激光技术和分子束技术的出现，可以真正地研
究化学反应的动态问题。
分子反应动力学已成为非常活跃的学科。
§0.2 物理化学的建立与发展
(4) 从定性到定量
探 广 索 微 创 新
随着计算机技术的飞速发展，大大缩短了数 据处理的时间，并可进行自动记录和人工拟合。 使许多以前只能做定性研究的课题现在可进 行定量监测，做原位反应，如：
材料
求 真 厚 生物 德 达 美
化学
生物 化学 医用 化学
天文
医学
§0.2 物理化学的建立与发展
(6) 从平衡态的研究到非平衡态的研究
探 广 索 微 创 新
平衡态热力学只研究平衡态和可逆过程的 系统，主要研究封闭系统或孤立系统。 对处于非平衡态的敞开系统的研究更具有
求 真 厚 德
实际意义。自1960年以来，逐渐形成了非平衡
微观 (原子、分子) 厚
德 达 美
纳米
§0.2 物理化学的建立与发展
(2) 从体相到表相 在多相系统中，化学反应总是在表相上进行。 求 探 广 随着测试手段的进步，了解表相反应的实际过程， 真
索 微 创 新
推动表面化学和多相催化的发展。
厚 德 达 美
§0.2 物理化学的建立与发展
(3) 从静态到动态
求 真 厚 德
I RF T I R ESR
NMR
达 ESCA 美
利用计算机还可以进行模拟放大和分子设计。
§0.2 物理化学的建立与发展
(5) 从单一学科到边缘学科
探 化学学科 广 内部及与其他
学科相互渗透、 索 相互结合，形 微 药学 成了许多极具 生命力的边缘 创 学科，如： 新
计算
计算 化学 药物 化学 天体 化学 材料 化学
求 真 厚 德 达 美
恩格斯
• 恩格斯的论断反映了19世纪中叶
探 广 微 创 新
自然科学各学科的“成熟程度”。 求 真 表明各学科研究对象 物质运动 索 形式与规律 其复杂程度的差异厚
• 然而，百年来科技的发展使各学
化
德
达 科的“成熟程度”发生了巨大变 美
无机、有机化学在19世纪率先建立
冶金、建材工业推动了无机
探 广 索 微 创 新
1887年德国科学家W.Ostwald和荷兰科学家J.H. van’t Hoff 合办的《物理化学杂志》 (德文）创刊。
求 真 厚 德 达 美
W. Ostwald (1853－1932)
J. H. van’t Hoff (1852－1911)
§0.2 物理化学的建立与发展
20世纪前期迅速发展
成使化学科学开始与演绎法“沾上了边”。
但在80年代前进展十分缓慢
§0.2 物理化学的建立与发展
探 18世纪开始萌芽： 广 索恒与转化定律。 微
俄国科学家罗蒙诺
从燃素说到能量守
求 真 厚 德 达 美
М В Ломоносов
创索夫(1711－1765)最 新早使用“物理化学”
这一术语。
§0.2 物理化学的建立与发展
化学动力学
反应速率常数：
k A e
E a RT
达 美
物理化学的建立使化学科学开始拥有了理
探 广 索 微 创 新
论。高等数学首次派上了用场 — 虽然仅 典统计热力学中用到了概率论） 地球空间内宏观化学反应规律的经验总结
是一阶的常、偏微分方程而已（以后在经 求
真 德 美
经典物理化学的理论是唯象的，是有限的 厚 30年代量子化学和量子统计力学分支的形 达
检验
探 广 索 微 创 新
运用数学的多 求 真 少是一门科学成熟
程度的标志。
厚 德 达 美
马克思
探 广 索 微 创 新
数学的 应用： 在刚体 力学中是绝对的，在气体 力学中是近似的，在液体 力学中就已经比较困难了； 在物理学中是试验性的和 相对的；在化学中是最简 单的一次方程；在生物学 中等于零。
(4) 从定性到定量 (5) 从单一学科到边缘学科 (6) 从平衡态的研究到非平衡态的研究
§0.2 物理化学的建立与发展
(1) 从宏观到微观
探 只有深入到微观，研究分子、原子层次的运动规 求 律，才能掌握化学变化的本质和结构与物性的关系。 真 广
宏观 索 (看得见的物体)
微 创 新
介观 (纳米材料) 粒子 膜 丝 管
物理化学教学
求 真 厚 德 达 美
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求 真 厚 德 达 美
绪 论
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§0.1 化学学科的发展 §0.2 物理化学的建立与发展 §0.3 物理化学的目的与内容 §0.4 物理化学的研究方法 §0.5 物理化学课程的学习方法
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新测试手段和
新数据处理方法不
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创新的分支领域， 新
如：
形成了许多 溶 液 化 学
§0.2 物理化学的建立与发展
20世纪中叶后发展趋势和特点：
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(1) 从宏观到微观
(2) 从体相到表相
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(3) 从静态到动态
长期以来，化学一直被科学界公认为
⑴
归纳法 ( F. Bacon, 1561-1626 )
数据拟合
探 广 索 微⑵
设计实验
实验数据
唯象理论
检验
“预测”
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演绎法 ( R. Decartes, 1596-1650 )
创 新公理假设
模型 形式理论 二次形式化 近似、计算 和模拟 预测
达 美 实验
§0.1化学科学的发展
探 广 索 微
二十世纪八十年代以来，先进的分析仪器的
应用、量子化学计算方法的进展和计算机技术的
飞速发展，对化学科学的发展产生了冲击性的影 响。其研究内容、方法、乃至学科的结构和性质 都在发生深刻的变化
求 真 厚 德
创 一门纯实验科学。其理由要追溯到人类认 达 新 美
识自然的两种科学方法
态热力学这个学科分支。
达 美 Prigogine对非平衡态热力学有突出贡献，这个
学科分支成为当前理论化学的研究前沿之一。
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药物、染料、酿酒工业推动了有机 元素周期表奠定无机化学基础
经典价键理论、苯结构奠定有机化学基础
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物理化学在 20 世纪初形成。旨在揭示化 学反应的普遍规律 — 反应进行的方向、 探 程度和速度…
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Gibbs 索 化学热力学
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热力学研究方法是从静态利用热力学函数判断
求 真 厚 德 达 美
变化的方向和限度，但无法给出变化的细节。 激光技术和分子束技术的出现，可以真正地研
究化学反应的动态问题。
分子反应动力学已成为非常活跃的学科。
§0.2 物理化学的建立与发展
(4) 从定性到定量
探 广 索 微 创 新
随着计算机技术的飞速发展，大大缩短了数 据处理的时间，并可进行自动记录和人工拟合。 使许多以前只能做定性研究的课题现在可进 行定量监测，做原位反应，如：
材料
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化学
生物 化学 医用 化学
天文
医学
§0.2 物理化学的建立与发展
(6) 从平衡态的研究到非平衡态的研究
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平衡态热力学只研究平衡态和可逆过程的 系统，主要研究封闭系统或孤立系统。 对处于非平衡态的敞开系统的研究更具有
求 真 厚 德
实际意义。自1960年以来，逐渐形成了非平衡
微观 (原子、分子) 厚
德 达 美
纳米
§0.2 物理化学的建立与发展
(2) 从体相到表相 在多相系统中，化学反应总是在表相上进行。 求 探 广 随着测试手段的进步，了解表相反应的实际过程， 真
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推动表面化学和多相催化的发展。
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(3) 从静态到动态
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(5) 从单一学科到边缘学科
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学科相互渗透、 索 相互结合，形 微 药学 成了许多极具 生命力的边缘 创 学科，如： 新
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计算 化学 药物 化学 天体 化学 材料 化学
求 真 厚 德 达 美
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• 恩格斯的论断反映了19世纪中叶
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自然科学各学科的“成熟程度”。 求 真 表明各学科研究对象 物质运动 索 形式与规律 其复杂程度的差异厚
• 然而，百年来科技的发展使各学
化
德
达 科的“成熟程度”发生了巨大变 美
无机、有机化学在19世纪率先建立
冶金、建材工业推动了无机
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1887年德国科学家W.Ostwald和荷兰科学家J.H. van’t Hoff 合办的《物理化学杂志》 (德文）创刊。
求 真 厚 德 达 美
W. Ostwald (1853－1932)
J. H. van’t Hoff (1852－1911)
§0.2 物理化学的建立与发展
20世纪前期迅速发展
成使化学科学开始与演绎法“沾上了边”。
但在80年代前进展十分缓慢
§0.2 物理化学的建立与发展
探 18世纪开始萌芽： 广 索恒与转化定律。 微
俄国科学家罗蒙诺
从燃素说到能量守
求 真 厚 德 达 美
М В Ломоносов
创索夫(1711－1765)最 新早使用“物理化学”
这一术语。
§0.2 物理化学的建立与发展
化学动力学
反应速率常数：
k A e
E a RT
达 美
物理化学的建立使化学科学开始拥有了理
探 广 索 微 创 新
论。高等数学首次派上了用场 — 虽然仅 典统计热力学中用到了概率论） 地球空间内宏观化学反应规律的经验总结
是一阶的常、偏微分方程而已（以后在经 求
真 德 美
经典物理化学的理论是唯象的，是有限的 厚 30年代量子化学和量子统计力学分支的形 达
检验
探 广 索 微 创 新
运用数学的多 求 真 少是一门科学成熟
程度的标志。
厚 德 达 美
马克思
探 广 索 微 创 新
数学的 应用： 在刚体 力学中是绝对的，在气体 力学中是近似的，在液体 力学中就已经比较困难了； 在物理学中是试验性的和 相对的；在化学中是最简 单的一次方程；在生物学 中等于零。
(4) 从定性到定量 (5) 从单一学科到边缘学科 (6) 从平衡态的研究到非平衡态的研究
§0.2 物理化学的建立与发展
(1) 从宏观到微观
探 只有深入到微观，研究分子、原子层次的运动规 求 律，才能掌握化学变化的本质和结构与物性的关系。 真 广
宏观 索 (看得见的物体)
微 创 新
介观 (纳米材料) 粒子 膜 丝 管