物理化学的发展趋势展望.doc

物理化学的发展趋势展望 应用化学 2012级 xxx 指导老师 xxx 副教授 摘要：本文综述了物理化学的建立与发展历程，物理的目的和内容，以及研究方法，最后提出了物理化学的未来发展趋势。 关键词：物理化学，发展历程，趋势展望 物理化学是在物理和化学两大学科基础上发展起来的。它以丰富的化学现象和体系为对象，大量采纳物理学的理论成就与实验技术，探索、归纳和研究化学的基本规律和理论，构成化学科学的理论基础。物理化学的水平在相当大程度上反映了化学发展的深度。 随着科学的迅速发展和各学科之间的相互渗透 ,逐步形成了若干分支学科:化学热力学 、化学动力学、结构化学、液体界面化学 、催化化学 、电化学 、量子化学等。 1 物理化学的建立与发展历程 物理化学经历了漫长的发展时期.物理化学在18世纪开始萌芽的。在18世纪中叶俄国科学家洛蒙诺索夫最早曾使用过“物理化学”这一术语。到 1877年德国化学家奥斯特瓦尔德和荷兰化学家范霍夫合办的德文《物理化学杂志》创刊，从此，“物理化学”这一名称就逐渐被采用。从这一时期到 20世纪初, 物理化学以化学热力学的蓬勃发展为其特征.1906年, 化学热力学的全部基础已经具备 .劳厄和布喇格对 X-射线晶体结构分析的创造性研究, 为经典的晶体学的发展奠定了基础.阿仑尼乌斯关于化学反应活化能的概念以及博登施坦和能斯脱关于链反应的概念 ,对后来化学动力学的发展都作出了重要贡献.20世纪 20 ～ 40年代是结构化学领先发展的时期.这时的物理化学已深入到微观的原子和分子世界 ,改变了对分子内部结构茫然无知的状况. 2 物理化学的目的和内容 物理化学是研究所有物质体系的化学行为的原理、规律和方法的学科。涵盖从宏观到微观与性质的关系规律、化学过程机理及其控制的研究，它是化学以及在分子层次上研究物质变化的其他学科领域的理论基础。作为化学学科的一个分支，它所担负的主要任务是探讨和解决以下几个方面的问题： 化学变化的方向和限度问题； 化学反应的速率和机理的问题； 物质结构和性能之间的关系。 以上三个方面的问题往往是相互联系、相互制约，而不是孤立无关的。 3 物理化学的研究方法 一般来说，对自然科学的研究方法有：实验的方法、归纳和演绎的方法、模型化方法、理想化方法、假设的方法、数学的统计处理方法等等，虽然化学研究的对象与其他科学不尽相同，但这些方法在物理化学领域中依然是通用的。化学方法论之所以在化学认知、化学发展和化学理论的建立中起着重要的作用。过去我们一般对化学方法的认识不够充分，实际上化学知识和化学方法是构成化学的两大部分。一部化学史表明无论是较早期的拉瓦锡、范霍夫和道尔顿，还是近代的鲍林、福井谦一和普里高津等有造诣的科学家，他们不仅有渊博的科学知识，而且在化学方法上都有创新，各有独到之处。近年来在一些新兴的学科中，系统论、信息论和控制论等越来越引起化学研究工作者的重视。如果说思维工具是化学方法中的“软件”则技术工具就是化学方法中的“硬件”。只有两者结合互补，才能开拓化学研究的新领域。近几十年来, 物理化学应用实验研究手段和测量技术, 特别是各种谱学技术,取得不少里程碑式的成就。从高真空技术、扫描显微技术, 到非线性光学技术对表面物理化学的深入研究;从 X 射线对无机、有机和生物结构的测量, 到现代质谱技术对团簇、生物分子质量的精确测量, 以及现代高分辨核磁共振技术对生物分子结构的精确测定和生物成像研究; 从光电子能谱、各种精细激光光谱技术对分子内部能态结构的精确测量, 到单分子检测技术对单个分子化学行为的研究; 从闪光光解技术, 到纳秒及飞秒激光技术对化学反应过程的直接测量, 到交叉分子束技术对基元化学反应过程的研究; 从超高速计算技术对化学结构的量子化学计算, 到对化学反应过程的能量、反应速率的计算等等。 4 物理化学各学科的现状及未来发展趋势 20世纪的物理化学随着物理科学发展的总趋势偏重于微观的和理论的研究, 取得不少里程碑作用的成就,如化学键本质、分子间相互作用 、分子结构的测定、表面形态与结构的精细观察等等.尽管物理化学迄今为止已取得了许多前人不敢 想象的成绩 ,但目前看来仍存在三方面的问题 :一是宏观和微观研究应该加强 ;二是微观结构研究要由静态、稳态向动态 、瞬态发展 ,包括反应机理研究中的过渡态问题,催化反应机理与微观反应动力学问题等;三是应该参与到复杂性研究中去,在物质体系中化学复杂性是直接关系人类生存与进步 , 可以用实验方法进行研究.总之,物理化学留给 21世纪的问题甚多 ,如何使物理化学更好地服务于人类是 21世纪面临的革命性问题。 从目前国际化学发展的趋势和热点来看，化学科学的前沿和热点集中在:( l) 认识化学反应过程的化学反应动态学和以混合量子与经典