物理化學(xué)發(fā)展概況ppt課件

1、 物理化學(xué)開(kāi)展概略 The physics chemistry development general situation一、概述1.什么是物理化學(xué)？ 對(duì)“物理化學(xué)解釋是：物理化學(xué)有時(shí)亦稱“實(shí)際化學(xué)。它是運(yùn)用物理學(xué)原理和方法，研討有關(guān)化學(xué)景象和化學(xué)過(guò)程的一門(mén)科學(xué)。 物理化學(xué)是介于物理與化學(xué)的中間學(xué)科，作為化學(xué)的實(shí)際根底，又稱實(shí)際化學(xué)，屬于化學(xué)的一個(gè)分支二級(jí)學(xué)科，是化學(xué)的根底學(xué)科?；瘜W(xué)是中心科學(xué) 物理化學(xué)是化學(xué)的靈魂2.物理化學(xué)的研討內(nèi)容 以熱力學(xué)根本定律為實(shí)際根底，研討宏觀化學(xué)體系在氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)、溶解態(tài)以及高分散形狀的平衡物理化學(xué)性質(zhì)及其規(guī)律性。 屬于這方面的分支學(xué)科有化學(xué)熱力學(xué)、溶液、膠

2、體和外表化學(xué)。 目前，普通公認(rèn)“物理化學(xué)的研討內(nèi)容大致可以概括為三個(gè)方面： 化學(xué)體系的宏觀平衡性質(zhì)化學(xué)體系的微觀構(gòu)造和性質(zhì)化學(xué)體系的動(dòng)態(tài)性質(zhì) 以量子實(shí)際為實(shí)際根底，研討原子和分子的構(gòu)造，物體的體相中原子和分子的空間構(gòu)造、外表相的構(gòu)造，以及構(gòu)造與物性的規(guī)律性。 屬于這方面的分支學(xué)科有構(gòu)造化學(xué)和量子化學(xué)。 研討由于化學(xué)或物理要素的擾動(dòng)而引起體系中發(fā)生的化學(xué)變化過(guò)程的速率和變化機(jī)理。 屬于這方面的分支學(xué)科有化學(xué)動(dòng)力學(xué)、催化、光化學(xué)和電化學(xué)。 1752年，俄國(guó)的化學(xué)家羅蒙諾索夫第一個(gè)提出了物理化學(xué)這一詞：“物理化學(xué)是一門(mén)學(xué)科，它根據(jù)物理學(xué)的原理和實(shí)驗(yàn)來(lái)闡明在復(fù)雜物質(zhì)中經(jīng)化學(xué)處置后所發(fā)生的各種變化。M.

3、B.OMOHOCOB (1711-1765) 俄國(guó)化學(xué)家，物理學(xué)家，哲學(xué)家，俄國(guó)唯物主義哲學(xué)和自然科學(xué)的奠基者。 1745年，被聘為彼得堡科學(xué)院院士，成為第一位俄羅斯本人的科學(xué)院院士。 1760年，瑞典科學(xué)院推舉羅蒙諾索夫?yàn)榭茖W(xué)院聲譽(yù)院士 1.物理化學(xué)的構(gòu)成二、物理化學(xué)的構(gòu)成與開(kāi)展 19 世紀(jì)的中后期，大規(guī)模的工業(yè)消費(fèi)推進(jìn)著自然科學(xué)的各個(gè)學(xué)科迅猛開(kāi)展。同時(shí)，原子-分子學(xué)說(shuō)、氣體分子運(yùn)動(dòng)論和元素周期律曾經(jīng)確立，化學(xué)中積累的大量閱歷資料還需求進(jìn)一步總結(jié)歸納。這時(shí)，物理化學(xué)開(kāi)場(chǎng)構(gòu)成。 1887年，德國(guó)化學(xué)家?jiàn)W斯特瓦爾德和荷蘭化學(xué)家范特霍夫共同興辦了德文的，標(biāo)志著物理化學(xué)作為一門(mén)學(xué)科的正式構(gòu)成。 在的

4、創(chuàng)刊號(hào)上，摘要發(fā)表了瑞典化學(xué)家阿侖尼烏斯 的“電離學(xué)說(shuō)，這三人都是物理化學(xué)的重要奠基人，由于他們對(duì)物理化學(xué)的杰出奉獻(xiàn)和研討任務(wù)中的親密協(xié)作關(guān)系，被稱為“物理化學(xué)三劍客。 德國(guó)化學(xué)家，1909年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。 瑞典化學(xué)家，1903年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。Wilhelm Ostwald1853-1932 荷蘭化學(xué)家，1901年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。S.A.Arrhenins(1859-1927)J.H.Vant Hoff (1852-1911)2.物理化學(xué)的開(kāi)展 20世紀(jì)以來(lái)，由于近代物理學(xué)的出現(xiàn)，物理化學(xué)如虎添翼得到了迅猛開(kāi)展。并逐漸構(gòu)成了以化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)，電化學(xué)和量子化學(xué)為根底實(shí)際體系的重要學(xué)科

5、。 據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，20世紀(jì)中諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者，大部分是從事物理化學(xué)領(lǐng)域研討的科學(xué)家。 1901年 J.H.Vant Hoff1903年 S.A.Arrhenins1908年 E.Rutherford1909年 W.Ostwald1911年 M.S.Curie1913年 A.Alfred Werner1914年 T.W. Richards 1918年 F.Fritz Haber1920年 W.H.Nernst1922年 F.W. Aston1925年 R.A.Zsigmondy 1921年 F.Sorby1926年 T.Svedberg1932年 I.Langnuir1934年 H.C.Urey

6、 1935年 J.F.J.Curie I.J.Curie 1936年 P.J.W.Debye1943年 G.VonHevesy1944年 O.Hahn1948年 A.W.K.Tiselius1949年 W.F.Giauque 1956年 N.Senyonov S.C.Hinshelwood1961年 M.Calvin 1966年 R.S.Mulliken1967年 M.Eigen R.W.Norrish C.Porter 1968年 L.Onsager1981年 福井謙一 R.Hoffmann1982年 A.Klug1971年 G.herzberg 1983年 H.Taube 1985年 H.

7、A.Hauptman J.M.Karle1986年 D.R.Hercshbach 李遠(yuǎn)哲 J.C.Polanyi 1887年，自物理化學(xué)作為一門(mén)學(xué)科的正式構(gòu)成后，大體經(jīng)過(guò)了三個(gè)時(shí)期的開(kāi)展。化學(xué)熱力學(xué)時(shí)期 19世紀(jì)中后期到20世紀(jì)初，物理化學(xué)家把熱力學(xué)第一定律、第二定律被廣泛運(yùn)用于各種化學(xué)體系進(jìn)展研討，促使化學(xué)熱力學(xué)蓬勃開(kāi)展。 1867年，美國(guó)物理化學(xué)家Gibbs 經(jīng)過(guò)對(duì)對(duì)多相平衡體系的研討提出了相律。 1901年12月10日，荷蘭化學(xué)家Vant Hoff的研討成果和，使其獲得首屆諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。 1903年，瑞典化學(xué)家S.A.Arrhenins提出電離學(xué)說(shuō)，導(dǎo)出阿侖尼烏斯公式，并建立了活化分子和

8、活化能的概念 ，獲得首屆諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。 1906年，美國(guó)化學(xué)家Lewis提出處置非理想體系的逸度和活度概念以及測(cè)定方法。此時(shí)期，化學(xué)熱力學(xué)的全部根底曾經(jīng)具備。 化學(xué)動(dòng)力學(xué)雖然獲得了這樣一些成果，但分開(kāi)徹底了解化學(xué)反響的規(guī)律，還有很大的間隔。 化學(xué)動(dòng)力學(xué)的研討與開(kāi)展不象化學(xué)熱力學(xué)那樣開(kāi)展迅猛，其繼續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。 19世紀(jì)中C.M.古爾德貝格和P.瓦格提出的質(zhì)量作用定律：化學(xué)反響速率與反響物的有效質(zhì)量成正比。 美國(guó)化學(xué)家A.H.Zewail用飛秒激光技術(shù)研討超快過(guò)程和過(guò)渡態(tài)，1999年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。 Vant Hoff的推導(dǎo)出反響速率公式，從而可以測(cè)定反響級(jí)數(shù)，1901年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。 N.Se

9、menov的化學(xué)鏈?zhǔn)椒错憣?shí)際，1956年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。 李遠(yuǎn)哲與D.R.Herschbach微觀反響動(dòng)力學(xué)的研討，開(kāi)展了交叉束方法，并運(yùn)用于化學(xué)反響研討，1986年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。 1966年，德國(guó)化學(xué)家 M.Eigen 提出了馳豫法研討快速的化學(xué)反響。 20世紀(jì)初，隨著量子力學(xué)的興起，構(gòu)造化學(xué)、量子化學(xué)得到了蓬勃開(kāi)展，使物理化學(xué)研討已深化到微觀的原子和分子世界，改動(dòng)過(guò)去人們了對(duì)分子內(nèi)部構(gòu)造的復(fù)雜性茫然無(wú)知的情況。物質(zhì)構(gòu)造時(shí)期量子力學(xué)的興起 19世紀(jì)末，人們?cè)谶M(jìn)一步調(diào)查光波與粒子的相互作用時(shí)，遇到了無(wú)法解釋的難題。 例如：黑體輻射(Blackbody radiation)、光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)(Ph

10、otoemission experiment)等問(wèn)題。 1900年Max Planck導(dǎo)出黑體輻射公式，并提出了能量量子化概念，開(kāi)辟了舊量子論開(kāi)展的時(shí)代。 1905年Albert Einstein提出了光子論；并創(chuàng)建了“狹義相對(duì)論，建立了“廣義相對(duì)論，開(kāi)展了量子實(shí)際。 1924年，de broglie以為，Einstein在狹義相對(duì)論中給出的光子動(dòng)量p與能量E的關(guān)系式對(duì)粒子同樣成立，提出了 de Broglie 假設(shè)。 1926年Erwin Schrdinger建立了非相對(duì)論的動(dòng)搖方程。 1927年Davisson與Germer運(yùn)用Ni晶體勝利地進(jìn)展了電子散射實(shí)驗(yàn)；并證明微觀粒子電子的運(yùn)動(dòng)具有

11、動(dòng)搖性。 1927年，Walter Heitler和Fritz London用量子力學(xué)對(duì)氫分子問(wèn)題進(jìn)展處置，為共價(jià)鍵概念提供了實(shí)際根底。 1928年，Muliken提出了分子軌道實(shí)際。 1928年，Paul Dirac 建立了著名的Dirac方程。 1927年，在Einstein相對(duì)論的啟發(fā)下，W.Karl Heisenberg在其一文中提出，“微觀粒子的動(dòng)量與位置不能夠同時(shí)被測(cè)準(zhǔn)測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系?，F(xiàn)代化學(xué)鍵實(shí)際的產(chǎn)生 1931年，美國(guó)化學(xué)家L.V.Pauling和J.C.Slater把W.Heitler和F.London用量子力學(xué)處置氫分子的方法推行到其他雙原子分子和多原子分子，構(gòu)成了化學(xué)鍵的價(jià)鍵

12、法。 同時(shí)，W.E.Pauli提出了雜化軌道的概念。 1932年，在 Muliken的分子軌道實(shí)際根底上，德國(guó)著名化學(xué)家 Hckel 提出的簡(jiǎn)單分子軌道實(shí)際。 1952年，日本化學(xué)家福井謙一提出前沿前線軌道實(shí)際。 1969年，美國(guó)化學(xué)家Roald Hoffmann提出分子軌道對(duì)稱守恒原理。 MO method 和 VB method 是現(xiàn)代化學(xué)鍵實(shí)際重要內(nèi)容。 1928年，Heisenberg的學(xué)生 F.Bloch 提出的金屬鍵周期勢(shì)場(chǎng)模型；并在此根底上，開(kāi)展構(gòu)成了固體能帶實(shí)際。 在 MO 實(shí)際和 VB 實(shí)際開(kāi)展的同時(shí)，其它有關(guān)物質(zhì)構(gòu)造的實(shí)際也在迅猛開(kāi)展。 例如： 1929年，Bethe 和

13、Van Vlack提出晶體場(chǎng)實(shí)際，后與分子軌道實(shí)際結(jié)合，開(kāi)展成配位場(chǎng)實(shí)際?，F(xiàn)代化學(xué)鍵實(shí)際的構(gòu)成 構(gòu)造化學(xué)構(gòu)成 量子力學(xué)的興起 量子化學(xué)構(gòu)成計(jì)算化學(xué)Computational chemistry時(shí)期 20世紀(jì)60年代，隨著大容量高速電子計(jì)算機(jī)的開(kāi)展，物理化學(xué)的新生長(zhǎng)點(diǎn)誕生量子化學(xué)計(jì)算方法的研討。其中嚴(yán)厲計(jì)算的從頭算方法、半閱歷計(jì)算的全略微分重疊和間略微分重疊等方法的出現(xiàn)，擴(kuò)展了量子化學(xué)的運(yùn)用范圍，提高了計(jì)算精度。 計(jì)算化學(xué)的開(kāi)展，使定量的計(jì)算擴(kuò)展到原子數(shù)較多的分子，并加速了量子化學(xué)向其它學(xué)科的浸透。 19281933年，許萊拉斯、詹姆斯和庫(kù)利奇計(jì)算 He、H2，得到了接近實(shí)驗(yàn)值的結(jié)果。70 年代

14、又對(duì)它們進(jìn)展更準(zhǔn)確的計(jì)算，得到了與實(shí)驗(yàn)值幾乎完全一樣的結(jié)果。 美國(guó)化學(xué)家理查德R施羅克(Richard R. Schrock )其研討主要從有機(jī)化學(xué)及無(wú)機(jī)化學(xué)的角度研討高氧化態(tài)金屬配合物、相關(guān)的催化反響及其催化機(jī)理。因其在烯烴復(fù)分解 以色列化學(xué)家阿龍切哈諾沃(Aaron Ciechanover)、阿夫拉姆赫什科(Avram Hershko)和美國(guó)化學(xué)家歐文羅斯Irwin Rose，在20世紀(jì)7080年代發(fā)現(xiàn)泛素調(diào)理的蛋白質(zhì)降解，提示了泛素調(diào)理的蛋白質(zhì)降解機(jī)理，指明了蛋白質(zhì)降解研討的方向，成為2004年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者。 美國(guó)化學(xué)家羅杰科恩伯格(Roger D.Kornberg)經(jīng)過(guò)一系列的轉(zhuǎn)

15、錄相關(guān)復(fù)合物RNA聚合酶II、模板DNA、合成出的mRNA、核苷酸、調(diào)控蛋白的晶體構(gòu)造，從分子程度上協(xié)助人們深化地了解真核轉(zhuǎn)錄的分子機(jī)制。成為2006年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者。反響的奉獻(xiàn)，成為2005年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者之一。三、由化學(xué)開(kāi)展史所得到的幾點(diǎn)啟示1.以量求質(zhì)的研討方法是推勸化學(xué)開(kāi)展的重要的科學(xué)方法 1772年 A.L.Lavoisier經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)證明了燃素說(shuō)的錯(cuò)誤； 1789年A.L.Lavoisier在中明確提出質(zhì)量守恒定律； A.L.Lavoisier的化學(xué)研討業(yè)績(jī)，推翻了統(tǒng)治化學(xué)實(shí)際達(dá)百年之久的燃素說(shuō)，建立了以氧為中心的熄滅實(shí)際；創(chuàng)建了化學(xué)物質(zhì)分類的新體系；推進(jìn)了化學(xué)實(shí)驗(yàn)和定量研討，為近代化學(xué)的開(kāi)展奠定了重要的根底。 因此，后人評(píng)論A.L.Lavoisier說(shuō)：“他是一個(gè)明確提出把量作為衡量尺