物 理 化 学 Physical Chemistry

绪 论 主讲教师：公瑞煜

本章要点 （1） 物理化学的目的、研究对象和内容 （2） 物理化学的特点和研究方法 （3） 物理化学的建立、发展和作用 （4） 物理化学课程的学习方法

1．物理化学研究对象和内容 物理化学（Physical chemistry）是从物质的物理现象和化学现象的联系入手来探求化学变化及相关的物理变化基本规律的一门科学。 它曾被称为理论化学（Theoretical chemistry）。 在实验方法上主要采用物理学中的方法。

物理化学是研究化学学科中的原理和方法,研究化学体系行为最一般规律和理论的学科,是化学的理论基础。 ---自然科学学科发展战略调研报告--- 以物理的原理和实验技术为基础，研究化学体系的性质和行为，发现并建立化学体系的特殊规律的学科。 ---中国大百科全书（唐有棋）----

Physical chemistry is the branch of chemistry that establishes and develops the principles of the subjects. Its concepts are used to explain and interpret observations on the physical and chemical properties of matter. Physical chemistry is also essential for developing and interpreting the modern techniques used to determine the structure and properties of matter, such as new synthetic materials and biological macromolecules. 　　　　　　　　----Atkins-----

目的  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，更好地驾驭化学，使之为生产实际服务。

研究内容： 　　　（1）化学变化的方向和限度问题 　 （2）化学反应的速率和机理问题 　　　（3）物质的性质与其结构之间的关系问题

现代，物理化学主要由下列几个部分组成： （1）物质结构（Structure of matter）：主要研究物质的状态、内部结构及物质的结构与物理性质之间的关系。 （2）化学热力学（Chemical thermodynamics）：主要应用热力学的原理和方法研究热平衡、化学平衡和相平衡以及外界条件对平衡的影响。

（3）电化学（Electrochemistry）：主要研究化学能与电能之间相互转换的规律。包括电解质溶液的导电性、原电池的电动势以及电解和电极极化等方面的内容。 （4）化学动力学（Chemical kinetics）：研究化学反应速度，探讨反应机理，并研究各种因素（浓度、温度、催化剂、光及介质等）对反应速度的影响。

（5）表面化学（Surface chemistry）：研究多相体系中各相界面间物质的特性及其变化规律。包括表面能、蒸气压、润湿、铺展、吸附及表面活性剂等内容。 （6）胶体化学（Colloid chemistry）：主要研究胶体溶液（简称“溶胶”）和高分子或大分子化合物溶液的性质和研究方法及应用。

将物理化学原理应用于不同的体系，则产生了物理有机化学、生物物理化学、冶金物理化学、高分子物理等等。

2．物理化学的研究方法 （1）遵循“实践—理论—实践”的认识过程，分别采用归纳法和演绎法，即从众多实验事实概括到一般， 再从一般推理到个别的思维过程。 （2）综合应用微观与宏观的研究方法，主要有：热力学方法、统计力学方法和量子力学方法。

热力学方法： 以众多质点组成的宏观体系作为研究对象，以两个经典热力学定律为基础，用一系列热力学函数及其变量，描述体系从始态到终态的宏观变化，而不涉及变化的细节。经典热力学方法只适用于平衡体系。

统计力学方法： 用概率规律计算出体系内部大量质点微观运动的平均结果，从而解释宏观现象并能计算一些热力学的宏观性质。 量子力学方法： 用量子力学的基本方程（E.Schrodinger方程）求解组成体系的微观粒子之间的相互作用及其规律，从而指示物性与结构之间的关系。

3．物理化学在国民经济及医药科学中的作用 1）物理化学的建立与发展 十八世纪开始萌芽： 从燃素说到能量守恒与转化定律。俄国科学家罗蒙诺索夫最早使用“物理化学”这一术语。

1887年德国科学家W. Ostwald 1853～1932）和荷兰科学家J. H 1887年德国科学家W.Ostwald 1853～1932）和荷兰科学家J.H.van’t Hoff （1852～1911）合办了第一本“物理化学杂志”（德文）。 十九世纪中叶形成：

新测试手段和新的数据处理方法不断涌现，形成了许多新的分支学科，如：热化学，化学热力学，电化学，溶液化学，胶体化学，表面化学，化学动 力学，催化化学，量子化学和结构化学等。 二十世纪迅速发展：

2）化学学科的发展趋势 （1）从宏观到微观 单用宏观的研究方法是不够的，只有深入到微观，研究分子、原子层次的运动规律，才能掌握化学变化的本质和结构与物性的关系。 （2）从体相到表相 在多相体系中，化学反应总是在表相上进行，随着测试手段的进步，了解表相反应的实际过程，推动表面化学和多相催化的发展。

（3）从定性到定量 随着计算机技术的飞速发展，大大缩短了数据处理的时间，并可进行人工模拟和自动记录，使许多以前只能 做定性研究的课题现在可进行定量监测。 （4）从单一学科到交叉学科 化学学科与其他学科以及化学内部更进一步相互渗透、相互结合，形成了许多极具生命力的交叉科学，如生物化学、地球化学、天体化学、计算化学、金属有机化学、物理有机化学等。

（5）从研究平衡态到研究非平衡态 经典热力学只研究平衡态和封闭体系或孤立体系，然而对处于非平衡态的开放体系的研究更具有实际意义，自1960年以来，逐渐形成了非平衡态热力学这个学科分支。

3）在化学与药学中地位与作用 （1）物理化学是化学科学的理论基础及重要组成学科 （2）物理化学极大地扩充了化学研究的领域 （3）物理化学促进相关学科的发展 （4）物理化学与国计民生密切相关 （5）物理化学是培养与化学相关或交叉的其它学科人才的必需

据统计，自诺贝尔奖设立至2007年止获化学奖的科学家合计149位，其中93位是物理化学家或从事物理化学领域研究的科学家，约占62%。 可见，通过物理化学学科的实践更能促进人们的科学思维能力和创新意识。

医学和药学都是为确保人类的健康为根本目的应用科学。 无论是对生命过程本质的探讨，还是对发病机制的研究，或诊断手段的更新以及药物的创新和设计，都需要应用到物理化学的某些原理或方法，尤其是药物的研制和生产。

例如药物有效成分的提取分离的方法、先导化合物（lead compound）的筛选和结构修饰（structural modification）、药物合成路线的选择、最佳工艺条件的确定、药物剂型设计、制剂的稳定性考察、药物在体内的吸收、分布及代谢、药物分析新方法的建立等等，均不同程度地涉及物理化学原理或方法。

4．物理化学的学习方法 （1）注意逻辑推理的思维方法，反复体会感性认识和理性认识的相互关系。 （2）抓住重点，自己动手推导公式。 （3）多做习题，学会解题方法。很多东西只有通过解题才能学到，不会解题，就不可能掌握物理化学。 （4）课前预习，课后复习，勤于思考，培养自学和独立工作的能力。