0.2　物理化学任务及趋势

0.2.1　物理化学任务

在化学四大基础课程中，物理化学更偏向于物质的规律性认识，是物质世界运行的方法论。面对客观存在的生产实际和科学实验中的客观物质，物理化学往往涉及以下三个方面的问题。

（1）物质变化的方向和限度问题

在指定条件下，物质能否发生变化，向着哪个方向进行，能进行到什么程度，变化过程中有怎样的现象，物质与外界间究竟能发生哪些量的变化，这些量之间的定量关系如何等。这些问题在化学领域的研究与解答，属于物理化学的一个分支——化学热力学（chemical thermodynamics）。

（2）物质变化的速率和机理问题

物质变化的速率究竟有多快，物质变化是如何进行的，外界条件对物质变化速率有怎样的影响，如何能控制物质的变化速率等。这些问题在化学领域的研究与解答，属于物理化学的另一个分支——化学动力学（chemical kinetics）。

（3）物质的性质与其结构之间的关系问题

物质的宏观性质都是微观结构的反映。物质的宏观性质（包括现象和变化）本质上是由物质内部的微观结构所决定的。深入了解物质内部的结构，可以理解物质现象和变化的内因；而且还可以在适当外因的作用下，通过改变物质内部结构来改变物质变化的方向、让物质展现出目标性现象。这些问题在化学领域的研究与解答，属于物理化学的又一个分支——结构化学（structural chemistry）。

这三个方面的问题在实际事物的研究过程中，往往是相互联系、相互制约的。

思考：

0-1　狭义物理化学的任务是否是你生活中所关心的问题？是否作为客观存在的生物和意识形态的社会事物，也同样存在着客观物质世界的类似问题，如“改革开放”带给我们是什么？为什么“生于忧患，死于安乐”？婆媳关系的根源是什么？家庭、团队中的成员要改变自己什么？为什么“学而不思则罔，思而不学则殆”？为什么企业要有企业文化？……类似于这些问题能否从非生物的物质世界中找到答案呢？

0.2.2　物理化学的建立与发展

物理化学学科知识体系是人类在认识和改造自然的过程中建立和逐步发展起来的。其建立与发展大致分为以下三个阶段。

第一阶段（～1920）为物理化学萌芽、化学平衡和化学反应速率的唯象规律的建立阶段。在该阶段的主要事件是在18世纪中叶俄国科学家罗蒙诺索夫^［5］首先使用“物理化学”术语；1804年道尔顿（J.Dalton，1766—1844）提出原子论；1811年阿伏伽德罗^［6］建立分子论；19世纪中叶提出热力学第一定律和热力学第二定律；1850年Wilhelmy第一次定量测定反应速率；1879年建立质量作用定律；1889年阿伦尼乌斯（Arrhenius）建立了阿伦尼乌斯公式并提出活化能的概念；1887年德国科学家奥斯特瓦尔德^［7］和荷兰科学家范特霍夫^［8］创办德文期刊《物理化学杂志》，标志着物理化学成为一门独立学科，从此，“物理化学”这一术语被大量地使用起来；1906～1920年建立能斯特（Nernst）热定理和热力学第三定律，从此热力学理论基本建立。

［5］米哈伊尔·瓦西里耶维奇·罗蒙诺索夫（МихаилВасильевичЛомоносов，1711—1765），俄国百科全书式的科学家、语言学家、哲学家和诗人，被誉为俄国科学史上的彼得大帝。出生于一个渔民家庭。1748年创建了俄国第一个化学实验室，1755年创办了俄国第一所大学——莫斯科大学。

［6］阿莫迪欧·阿伏伽德罗（Amedeo Avogadro，1776—1856），意大利化学家，1811年发表了阿伏伽德罗假说，即阿伏伽德罗定律，并提出分子概念及原子、分子区别等重要化学问题。

第二阶段（1920—1960）为结构化学和量子化学的蓬勃发展和化学变化规律的微观探索阶段。1926年量子力学的建立，1927年薛定谔方程求解氢分子的成功，1931年、1932年分别建立了价键理论、分子轨道理论，1918年提出双分子反应的碰撞理论，1935建立了过渡态理论，1930年提出链反应的动力学理论，这些理论的建立推动了物理化学微观结构的深入研究。

［7］弗里德里希·威廉·奥斯特瓦尔德（Friedrich Wilhelm Ostwald，1853—1932），德国物理化学家，1909年因其在催化剂的作用、化学平衡、化学反应速率方面研究的突出贡献，被授予诺贝尔化学奖。

［8］雅各布·亨里克·范特霍夫（Jacobus Henricus van't Hoff，1852—1911），荷兰物理化学家，1901年获诺贝尔化学奖。

20世纪初期，在工业生产和科学研究中，物理化学的基本原理得到了广泛的应用，发挥了理论方法的指导作用，尤其在石油炼制和石油化工工业，更是充分利用了物理化学的理论方法，也推动了物理化学各分支领域的迅速发展，形成了化学热力学、化学动力学、结构化学、电化学、界面化学、催化化学、材料物理化学等分支学科。

第三阶段（1960～）为物理化学各领域向更深度和广度发展阶段。进入20世纪后，随着现代物理学、数学、计算机科学的发展和现代测试方法的大量涌现，物理化学的各个领域均取得了突飞猛进的发展。量子力学的创立和发展，使物理化学的研究由宏观进入微观领域；激光技术和交叉分子束技术的出现，使化学动力学的研究由静态扩展到动态；不可逆过程热力学理论、耗散结构理论、协同理论及突变理论的提出，使化学热力学的研究由平衡态转向非平衡态；低能离子散射、离子质谱、X射线、紫外线电子能谱等技术的发展，促进了界面化学、催化科学的研究；光电子能谱、原子力显微镜和扫描隧道显微镜等技术的发展，促进了纳米材料和纳米结构的研究。

物理化学是一门开放的知识理论体系，现代科技尤其是化学的发展趋势和特点在物理化学学科前沿中均得到了体现。客观条件的变化及化学学科自身的变化，使得近代物理化学的发展趋势和特点主要表现为：从宏观到微观、从体相到表相、从静态到动态、从定性到定量、从单一学科到交叉学科、从平衡态到非平衡态、从自然科学到社会科学。

物理化学也正是在人类自然科学发展中不断发展和完善，并不断开辟新的研究领域，以至于物理化学在化学学科中具有重要的地位和作用，尤其将狭义物理化学的有关理论灵活演绎用于生命体系、社会体系及意识体系，不仅会推进物理化学学科的发展，而且物理化学的理性特点将使你受益终身。

习题：

0-1　物理化学的主要任务是什么？研究的前沿内容是什么？

0-2　你今生的主要责任是什么？读书的目标是什么？（读书志在圣贤，非徒科第）