化学史10第十章物理化学的建立与发展.doc

第十章 物理化学的建立与发展 人类认识自然、改造自然，最先是同“火”这个现象打交道。然而人类对它的本质的认识却经历了比较长的时间，而对燃烧问题的系统研究是从十八世纪才开始的。从提出“燃素说”到确立“能量守恒及转化定律”，经历了将近两个世纪。人类的认识经历着由现象到本质的发展过程。物理化学也就是在十八世纪萌芽的。 在这个时期，不少化学工作者对实践中积累下来的大量感性认识材料进行加工，并进一步通过实践去寻求化学反应的规律性，开始有了“化学亲合力”和“化学平衡”的概念。这时也开始观察到了化学现象与电现象之间的关联和转化。在古典结晶化学方面，这时也开始作了不少工作。为量热学、热化学和研究相平衡提供了基础的“比热”、“潜热”等概念，也是在这个时期形成的。 物理化学的形成是十九世纪下半叶的事情。这个时期的资本主义生产造成了比过去世世代代总共造成的还要大的生产力，又以异乎寻常的精力致力于自然科学，创造了无可比拟地超过以往各个时代的高度发展的技术。自然科学的各个学科，包括物理化学，正是在这个时期得到了迅速的发展。 原子—分子学说、气体分子运动学说、元素周期律和古典热力学的最终确立和形成，为物理化学的形成和发展铺平了道路。 “物理化学”这个术语，在十八世纪中叶首先为罗蒙诺索夫（M．B．？？，1711——1765，俄）所使用。到1887年，奥斯特瓦尔德（W.Ostwald，1853——1932，德）（图10—l）与范霍夫（J．H．Van’t Hoff，1852—1911，荷兰）（图10－2）合办的德文《物理化学杂志》创刊，并发 表了几篇物理化学方面的著名的文章，“物理化学”这个名称就逐渐普遍被采用了。 进入二十世纪以来，物理化学广泛应用于工业生产和化学的科学研究，发挥了它的指导作用。特别是蓬勃兴起的石油炼制和石油化学工业，更是充分地利用了化学热力学、催化和表面化学的成果。而工业技术和其他学科的发展又促进了物理化学各分支的兴起和发展，特别是电子的发现、物理学的长足进展及各种物理测试手段的大量涌现，极大地影响着物理化学的发展。物理化学在二十世纪的发展突出体现在结构化学、溶液理论和催化剂的研究上。结构化学的发展情况我们将在第十四章中专门介绍； 关于二十世纪五十年代以前物理化学中各主要分支的发展情况，都在本章一并介绍，在第三编中就不再安排篇幅了。 第一节 热化学与热力学 人类对“燃烧”和“热”的本质的认识是比较晚的，只是随着手工业作坊被资本主义大工业的机器生产所代替，热机的出现和发展，才促进和提高了人们对“热”的本质的认识，“热质说”也就最后被赶下了历史舞台。而热化学与热力学也就是在与错误的“热质说”进行斗争中建立起来的。 综观热化学与热力学发展的历史，可以十分明确地说，它们是人类社会实践的产物。从十七世纪初年实现了热转化为功的“大气机”到1705年纽康门（T．Newcomen，1663——1729，英）设计的弟一台可供实用的蒸汽机制成，其间经历了大约一百年，而到瓦特（J．Watt，1736——1819，英）的近代蒸汽机出现，又经过了六十多年。 远在“大气机”出现以前一千八百多年，古埃及的“蒸汽球”及我国古代北宋年间（公元十世纪）的“火箭”，都是查之有据的、人类不自觉地在实践着热转化为功的典型事例。而“在实践上发现机械运动可以转化为热是很古的事情，甚至可以把这种发现看作人类历史的开端。”（《自然辩证法》）“摩擦取火”就是其典型事例。 在热力学和热化学形成之前，热学经历了一个独立发展的时期。热学是在生产实践和科学实验中发展起来的。热学实验中最核心的工作是温度的测量，它的测量工具是温度计。最早的温度计是伽利略在十六世纪末年制成的，那是一支利用气体热胀冷缩原理的玻璃空气温度计。其后他的学生在别人改进的基础上再加改进，做出了一支上端封闭、并部分抽空的液体温度计，它可以说是现代液体温度计的雏型。1714年法伦海特（G．D．Fahranheit）制成水银温度计，选用的温标是以水的沸点为 212度、冰和食盐的混合物的温度是零度，其间均匀分为212个分度，这便是所谓“华氏温标”。1742年摄尔胥斯（A．Celsius）才制定现在较为通用的摄氏温标。 由于蒸汽机的出现和广泛应用，热学受到了人们的重视。量热的工作是布拉克和他的学生厄尔文（W.Irvine，1743——1787，英）首先进行的。布拉克在1760年曾用量热计测量了冰的熔化热和水的汽化热，厄尔文曾测定过一系列物质的比热。布拉克区分了热与温度，提出了“潜热”、“比热”等概念，打下了量热学的基础。然而布拉克却是一个燃素说的信奉者，虽然他在后期改变了观点，接受了拉瓦锡的燃烧学说，但却在热学领域中提出了“热质说”。他将“热”看为“热流体”，认为水是