漫谈物理化学的发展及学科特点.doc

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积等都可以在电离学说中一一找到答案。经过重重困难,1903年阿累尼乌斯终因提出电离学说而荣获诺贝尔化学奖,评奖委员会的主席恰恰就是二十年前主持阿累尼乌斯博士论文辩论的克利夫教授。当年他对电离学说表示种种非议,如今却鼎力提名阿累尼乌斯获奖,为的竟是同一篇论文和同一个学说。克利夫此时的评语是:“这一新理论是在困难中成长起来的,化学家不认为它是一种化学理论;物理学家也不认为它是一种物理理论。但是这种理论却在化学与物理学之间架起了一座新的桥梁〞。这实在是对电离学说走过的历史道路以及初期物理化学的开展规律的形象描述。在物理化学的形成和开展历史上,还有两个事例也是值得一提。1850年威廉米开创了化学动力学的定量研究,第一个采用反响速度的浓度幂函数(一级反响)的数学表达式推导出质量作用定律。但是当时并未引起人们的注意,直到1888年才被“物理化学之父〞奥斯特瓦尔德发现。作为化学史家,以及?物理化学杂志?的创办人,他十分注意总结前人的工作并加以研究推广,尤其注意介绍化学反响的物理一化学本质。从1888年起,他开始翻印和发行物理和化学方面有意义的论文单行本丛书,集成了?精密科学经典著作?多卷本,威廉米的工作始为人知。另一个事例是1873一1878年吉布斯先后发表了三篇重要的论文,载于?康涅狄格州科学院学报?,特别是第三篇论文?论多相物质的平衡?,以详尽的数学形式和长达三百多页、共约七百个数学方程式的篇幅,推导出了“自由能〞和“化学势〞的概念,以及广泛于多相体系的相律。现在我们十分清楚,“自由能〞和“化学势〞在化学反响中起着“推动力〞的作用,所谓“亲合力〞、“最大外功〞、“反响热守恒定律〞(赫斯定律)、“质量作用定律〞以及“化学反响动态平衡〞、“平衡判据〞等等,都可随之导得;而对于多相体系,“相律〞更是具有高度概括性的普遍规律。但遗憾的是文章发表在不知名的刊物上,而且当时欧洲的化学家们本来就对偏离世界科学中心的美国期刊很少问津。加之论文博大精深的内容和没有任何实验证明,使看到的化学家们难于理解,甚至望而却步。在具有功利主义传统的美国人看来,论文没有实际用处,吉布斯任教的耶鲁大学甚至掀起撤换其数学物理教授的运动。这样吉布斯的工作被埋没下来长达十几年,直到1887年罗泽布姆将相律应用于他正研究的盐水体系,实地证明了相律的正确性,并在他的论文?复相化学平衡的各种形式?中采用易被化学家理解的“相图〞,对“相律〞加以说明,同时还具体测定了“三相点〞等细节。1892年奥斯特瓦尔德又进一步将吉布斯的三篇论文译出,以德文的?热力学的研究?出版,积极向当时的化学策源地欧洲介绍吉布斯的杰出工作。至此人们才逐渐认识到吉布斯工作的重要价值,从而推动了化学热力学及整个物理化学的开展,并成为合金化学、冶金学、地矿学等领域的有力工具。而在吉布斯工作被埋没的十多年里,比他知名得多的一些人物,如范霍夫和亥姆霍兹,虽都不同程度地独立地进行了研究,但都不过是吉布斯工作的某些特例,可见吉布斯的优先权和详尽性是无容置疑的。为此,奥斯特瓦尔德高度评价了吉布斯,认为吉布斯从内容到形式都赋予物理化学整整一百年的开展进程。以上这些事例说明,一个新兴学科或新的理论发现确实立,必须重视科学实验的充分证明和在生产实践中的推广应用;必须重视信息、媒体的广泛传播和学术界的及时交流;需要有锲而不舍、不畏艰难、坚持真理科学的精神。二、物理化学主要的学科特点及前景“物理化学〞不同于“化学物理〞,这主要是由化学和物理这两门根底科学的不同研究内容所决定的。前者以原子(元素)这个物质层次为“起点〞粒子研究原子和由原子组成的分子(化合物)的结构和性质的“质变〞;后者那么以原子为“终点〞粒子,不研究分子的组成、结构及其性质变化,只研究由分子形成的聚集状态(大至天体,小至各个层次的“根本粒子〞,包括原子,如原子物理学;唯分子结构除外)的各种物质的一般运动规律和根本结构。所以,物理化学是以研究与化学变化伴生的各种层次的物理现象为学科内容和开展方向的。物理化学作为以物理的原理和实验技术为根底,研究所有物质体系的化学行为的原理、规律和方法等最一般规律和理论的学科,是化学的理论根底。它涵盖了从微观到宏观对物质结构与性质的关系规律、化学过程机理及其控制的研究,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根底。随着科学的迅速开展和各学科之间的相互渗透,在原来根底上又逐步形成了包括着化学热力学、化学动力学、电化学、结构化学、催化化学、液体界面化学、量子化学等等分支。物理化学既是边缘学科,那么不同于如无机化学、有机化学等根本上不具有根底学科之间的相互渗透的分支学科,它的某些内容不能严格地界定学科归属,比方相律,归属于物理化学运动而不归属于物理运动。并且,物理化学具有相当的完整性、系统性、逻辑性和科学性,这就更彰显其重要性。总之,以化学为主体一方,把物理学的理论成果和研究方法引人化学的这一渗透过程,就形成了物理化学。它已是现代化学的核心内容和理论根底。是化学的核心方法、研究手段和理论根底,可以说,物理化学能否健康开展,影响甚至制约着整个化学学科的健康、协调开展。20世纪后期,生命科学已经开展成为带头学科,21世纪亦被称为是生命的世纪。物理化学甚至整个化学的作用从社会层面上看,有被“淡化〞、“边缘化〞和“模糊化〞的趋势,人们认为化学正从认识、控制和改变客观世界的中心科学的地位退后,化学面临着前所未有的挑战。但是,生物的研究需要有坚实的化学根底,没有化学的介入,,人类就永远无法了解生命的本质。21世纪的生物学必将愈来愈需要化学,而化学也将愈来愈靠近生命科学。作为化学的理论根底,物理化学对化学的开展起着核心推动的作用,并成为许多其他学科攻坚科学难关的武器库。因此,21世纪,物理化学的研究内容将不断深入,研究对象将不断扩展,研究领域将不断扩充,研究手段将不断进步。物理化学在继续分子层次的根底研究的同时,将更重视分子以上层次的复杂体系的根底研究,并密切与生命、材料、能源、环境等领域交叉,并越来越发挥其不可替代的作用。相信在21世纪,物理化学必能适应时代的开展,在迎接挑战的同时把握住机遇,更好地为人类效劳。参考文献:1、王智民、韩基新:?第一门边缘学科物理化学的形成及学科特点?〔?黑龙江大学自然科学学报?第9卷第3期,l992年9月〕2、韩建国:?交叉学科的典范—物理化学?〔?天津师大学报?一九九二年第五期〕3、傅敏,郑旭煦,古昌红,吴四维,高宇,王星敏,崔榕:?物理化学在根底化学课程体系中的龙头作用?〔?重庆工商大学学报(自然科学版)?第21卷第6期,2024年12月〕4、王立斌,袁园,李俊昆:?21世纪物理化学的开展趋势展望?〔?通化师范学院学报?第28卷第12期,2024年12月〕5、国家自然科学基金委员会化学科学部“物理化学开展的瓶颈与思路〞论坛秘书组:?“物理化学开展的瓶颈与思路〞论坛总结?〔?物理化学学报(WuliHuaxueXuebao)?〕6、李酽:?材料物理化学的谕康反在民航中的应用?7、袁艳青,应礼文:?化学重要史实?〔人民教育出版社,1989〕8、陈新滋:?物理化学的开展史和研究内容?〔中国高教研究,1999〕9、王凤武:?物理化学展望?〔?淮南师范学院学报?2001年第2期第3卷(总第10期)〕